Ortopedi är främst avsedd för grund- och specialistutbildningen av läkare, ortopeder, allmänläkare, allmänkirurger, idrottsläkare och barnläkare, men är även användbar för fysioterapeuter och annan sjukvårdspersonal som möter patienter med ortopediska besvär. Bokens huvudförfattare, professorerna Urban Lindgren och Olle Svensson är verksamma vid Karolinska Institutet, Stockholm respektive Norrlands universitetssjukhus, Umeå. Till sin hjälp har de haft specialister i bland annat ryggortopedi, idrottsmedicin och radiologi.
Ortopedi 4:e upplagan
Ortopedi är en etablerad lärobok som pedagogiskt beskriver och förklarar skador, sjukdomstillstånd, läkningsstörningar och missbildningar hos barn, vuxna och äldre. Tyngdpunkten ligger på diagnostik och behandling vilket gör boken mycket användbar som praktisk handledning. Boken är mycket rikt illustrerad och innehåller dessutom ett omfattande kliniskt bildmaterial.
4 Orto.
Ortopedi Urban Lindgren, Olle Svensson 4:e upplagan
Under senare år har behandlingen av sjukdomar och skador i rörelseapparaten fortsatt att utvecklas i snabb takt. Ny metodik, bättre operationsinstrument och en enorm utveckling inom radiologi och farmakologi har givit möjligheter till effektivare behandling.
Best.nr 47-10539-7 Tryck.nr 47-10539-7
4710539ot.indd Alla sidor
2014-06-05 12.22
Medverkande Henrik Bauer, professor, Ortopedkliniken, Karolinska universitetssjukhuset Solna, Stockholm. Ulrica Bergström, med. dr, överläkare, Umeå. Jan-Magnus Björkenheim, docent, Tölö sjukhus, Helsingfors universitets centralsjukhus, Helsingfors. Helena Brisby, professor, Ortopedkliniken, Sahlgrenska Universitetssjukhuset, Göteborg. Aina Danielsson, med. dr, överläkare, Ortopedkliniken, Sahlgrenska universitetssjukhuset, Göteborg. Claes Hultling, med. dr, överläkare, Spinaliskliniken, Stockholm. Anton Johannesson, leg. ortopedingenjör, med. dr, Kristiandstad. Bertil Leidner, överläkare, Röntgenkliniken, Karolinska universitetssjukhuset Huddinge, Stockholm. Karl Michaëlsson, professor, Ortopedkliniken, Akademiska sjukhuset, Uppsala. Piotr Michno, docent, Norrlands universitetessjukhus, Umeå.
Del_0_001_008.indd 2
Lars Nordsletten, professor, Ullevål universitetssykehus, Oslo. Jan Nowak, med. dr, överläkare, Ortopedkliniken, Akademiska sjukhuset, Uppsala. Christer Rolf, professor, Karolinska universitetssjukhuset Huddinge, Stockholm. Bertil Romanus, docent, Ortopedkliniken, Sahlgrenska universitetssjukhuset, Göteborg. Björn Rydevik, professor, Ortopedkliniken, Sahlgrenska universitetssjukhuset, Göteborg. Adel Shalabi, med. dr, överläkare, Röntgenkliniken, Akademiska sjukhuset, Uppsala. Hans Törnkvist, professor em., Ortopedkliniken, Södersjukhuset, Stockholm. Torsten Wredmark, professor em., Karolinska universitetssjukhuset Huddinge, Stockholm.
2014-06-05 13.32
Ortopedi Urban Lindgren och Olle Svensson Liber
Del_0_001_008.indd 3
2014-06-05 13.32
ISBN 978-91-47-10539-7 © 2014 Författarna och Liber AB PROJEKTLEDARE REDAKTÖR FÖRLÄGGARE
Christina Brynolfsson Gabriella Bernhoff Bengt Fundin
FORMGIVNING OCH OMSLAG LAYOUT / ORIGINAL ILLUSTRATIONER BILDER KAPITEL 7
REPRO TRYCK
Nette Lövgren ord & form, Gudbrand Klæstad, Karlstad AB Typoform och Fredrik Johansson Bertil Leidner (bild 7.4—7.29) Repro 8 AB, Stockholm Egypten, 2014 Fjärde upplagan 1
KOPIERINGSFÖRBUD
Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares och elevers begränsade rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner och universitet. Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuspresskopia.se.
Liber AB, 113 98 Stockholm tel 08-690 90 00 www.liber.se kundservice tel 08-690 93 30, fax 08-690 93 01 e-post kundservice.liber@liber.se
Del_0_001_008.indd 4
2014-06-05 13.32
Innehåll Förord 7
Del 3 Vuxna
Del 1 Allmän ortopedi 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
9
Ortopedins utveckling 11 Skelettets utveckling och tillväxt 25 Bindväv 41 Läkning 83 Biomekanik 93 Klinisk undersökning 104 Övriga diagnostiska metoder 135 Behandlingsmetoder 174 Ledproteskirurgi 194 Komplikationer efter kirurgi 214 Metabola skelettsjukdomar 219 Artrit 239 Artros 253 Infektioner 262 Tumörer 290 Amputationer 320 Diabetes 329
Del 2 Barn
337
18. Neuromuskulära sjukdomar 341 19. Missbildningar och utvecklingsrubbningar 353 20. Rygg 365 21. Skuldra 384 22. Armbåge 387 23. Hand och underarm 389 24. Höft och lår 392 25. Knä och underben 407 26. Fot 415
Del_0_001_008.indd 5
27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34.
425
Rygg 427 Skuldra 459 Armbåge 466 Hand 471 Bäcken 486 Höft och lår 488 Knä 494 Fot 500
Del 4 Idrottsskador
511
35. Idrottsskador 513
Del 5 Trauma
543
36. Allmänt om trauma 545 37. Barn 571 38. Vuxna 580 39. Äldre 583 40. Rygg 587 41. Skuldra 608 42. Överarm 618 43. Armbåge 625 44. Underarm 640 45. Handled 644 46. Hand 654 47. Bäcken 679 48. Lårben 687 49. Knä och underben 703 50. Fotled och fot 721 Ordförklaringar 741 Register 744
2014-06-17 15.37
Del_0_001_008.indd 6
2014-06-05 13.32
Förord till fjärde upplagan Under senare år har behandlingen av sjukdomar och skador i rörelseapparaten fortsatt att utvecklas i snabb takt. Ny endoskopisk metodik och mer atraumatisk öppen kirurgi, bättre operationsinstrument och en enorm utveckling inom radiologin och farmakologien har givit möjligheter till effektivare behandling. Resultaten kan motivera en vidgning av indikationerna; nya patientgrupper kan få en mycket bättre funktion med olika ortopediska åtgärder. Nu görs stora ansträngningar för att lösa påträngande problem inom sjukvården med organisatoriska förändringar. Kortsiktiga och lättbegripliga produktionsmål som antal operationer och besök kommer i förgrunden. Den medicinska utvecklingen bedrivs till stor del inom stora företag som kämpar för sina resultat i konkurrens med andra.
Del_0_001_008.indd 7
I företagens verksamhet ingår även att använda stora resurser till den uppdragsforskning och den utbildning som produktsortimentet motiverar. I detta läge ställs stora krav på dem som arbetar nära patienterna. Det grundläggande inom vården är kunskaper; oberoende forskning och utbildning. Ledarna inom vården har ofta inte uppdraget eller kompetensen att själva organisera den delen, utan ansvaret vilar på de enskilda befattningshavarna. Vårt arbete som författare syftar till att åstadkomma en lättillgänglig kunskapsbank. Förhoppningsvis kan den vara användbar som praktisk handledning och som inkörsport till fördjupade studier. Stockholm och Umeå, maj 2014 Urban Lindgren och Olle Svensson
2014-06-05 13.32
Del_0_001_008.indd 8
2014-06-05 13.32
Del 1. Allm채n ortopedi
DEL_1_009_336.indd 9
2014-06-09 09.11
Innehåll
DEL_1_009_336.indd 10
1. Ortopedins utveckling 11 2. Skelettets utveckling och tillväxt 25 3. Bindväv 41 4. Läkning 83 5. Biomekanik 93 6. Klinisk undersökning 104 7. Övriga diagnostiska metoder 135 8. Behandlingsmetoder 174 9. Ledproteskirurgi 194 10. Komplikationer efter kirurgi 214 11. Metabola skelettsjukdomar 219 12. Artrit 239 13. Artros 253 14. Infektioner 262 15. Tumörer 290 16. Amputationer 320 17. Diabetes 329
2014-06-09 09.11
Ortopedins utveckling
1
Ortopedins utveckling
Behandling av skador/åkommor i rörelseorganen är den typ av kirurgiska åtgärder som historiskt sett först praktiserades. I dag är ortopedin den kvantitativt sett största kirurgiska specialiteten i Sverige (sett i antalet operationer). För allmänläkare är rörelseorganens sjukdomar/skador en stor del av arbetet. Det beror på att antalet gamla och mycket gamla ökat kraftigt under de senaste decennierna. Ben och leder har blivit några av de svagaste länkarna. Härtill kommer att tekniken utvecklats, och behandlingsresultaten förbättrats, så att det i dag är motiverat att operera fler människor. I slutenvården dominerar olycksfall, framför allt osteoporosfrakturer, och ledsjukdomar. I primärvården utgör rörelseorganens sjukdomar en av de största diagnosgrupperna, framför allt smärttillstånd av olika genes. I utvecklingsländer dominerar trafikolycksfall och infektioner i ben och leder.
1
skrifterna ger en systematisk redogörelse för olika sjukdomar och skador med en kartläggning av symtom och tecken, bland annat beskrivs behandlingen av en rad ortopediska tillstånd. Som exempel kan nämnas klumpfot: deformiteten korrigerades och fixerades med ett bandage av lindor och harts, som förstärktes med läder. Frakturer och luxationer behandlades med olika skenor och sträckapparater
BILD 1.1. Tempelvakten Ruma som levde
i Egypten under 19:e dynastin (för cirka 3 500 år sedan) hade sannolikt resttillstånd efter polio (Glyptoteket, Köpenhamn).
Historik Ett arbete från 1600-talet f.Kr., den s.k. Edwin Smith-papyrusen, som snarast är en lärobok i traumatologi, innehåller fallbeskrivningar och praktiska råd vid behandling av skador; man nämner begrepp som öppen och komminut fraktur. Mumier från den tiden visar att man kunde dränera varbildningar i skelettet och behandla många frakturer framgångsrikt. Hippokrates, som verkade på den grekiska ön Kos under 300-talet f.Kr., var en skarpögd observatör som hade en rationell och inte enbart magisk/ religiös grund för sin behandling. De hippokratiska
BILD 1.2. Attisk skål från cirka 500 f.Kr. av krukmakaren Sosias som visar hur Akilles förbinder vännen Patroklos arm under trojanska kriget.
11
DEL_1_009_336.indd 11
2014-06-09 09.11
1
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 1.3. Frakturer och luxationer behandlades länge med
sträckapparater, väsentligen enligt samma principer sedan antiken (Guido Guidi, 1544).
[BILD 1.3]. Man kunde utföra en hel del kirurgi, men man kunde inte ligera blödande kärl. I stället blodstillade man med lokala tryckbandage eller brännjärn, och amputationer skedde därför sent när gränsen mellan levande och död vävnad hade demarkerats.
Vid tiden för Kristi födelse var Cornelius Celsus verksam i Rom. Han beskrev bland annat de kliniska inflammationstecknen: calor, tumor, rubor, dolor och functio laesa (värmeökning, svullnad, smärta och nedsatt funktion). Drygt hundra år senare verkade Galenos, från vilken en stor del av den
BILD 1.4 A: Ambroise Paré (1517—1590). B: Illustration ur Parés bok om krigskirurgi (1549).
12
DEL_1_009_336.indd 12
2014-06-09 09.11
Ortopedins utveckling
nuvarande anatomiska nomenklaturen härrör. Han var för övrigt under en tid ansvarig för gladiatorernas sjukvård och kan kanske därför sägas vara en av pionjärerna inom idrottsmedicinen. Det friare intellektuella klimatet under renässansen gynnade även ett nytänkande inom läkekonsten, och genom studier i anatomi och fysiologi började man frigöra sig från gamla dogmer. En nytänkare var den franske fältskären Ambroise Paré [BILD 1.4]. Den gängse behandlingen vid skottskador var kokande olja, men vid ett tillfälle tog oljan slut och Paré nödgades använda en salva av äggula, rosenolja och terpentin för sårbehandling. Han berättar att han den natten sov mycket dåligt, orolig för sina patienter – ”… jag steg därför upp tidigt på morgonen för att besöka dem. Till min stora överraskning fann jag att de som behandlats med salvan kände ringa smärta i sina sår, de företedde ingen inflammation eller svullnad och hade tillbragt natten skäligen lugnt, under det att de på vilka den sjudande oljan blivit använd låg i full feber med starka smärtor samt svullnad och inflammation kring såren. På grund härav beslöt jag att aldrig mera så grymt bränna stackars människor som drabbats av skottsår …”. År 1545 beskrev han beundransvärt klart principerna för sårbehandling: avlägsnande av främmande kroppar, rengöring, öppen sårbehandling och omläggningar. Parés principer kom dock sedan att falla i glömska i många hundra år. Man hade sedan gammalt skilt mellan medicinare och kirurger. De lärda män som sysslade med invärtes sjukdomar – vid den tiden ofta vidskepliga charlataner – såg ner på de mer praktiskt inriktade kirurgerna, en heterogen samling av barberare, stenskärare och fältskärer [BILD 1.5]. Men upplysningstiden med sin inriktning på naturvetenskaperna medförde även ett mer rationellt synsätt på både de medicinska och de kirurgiska sjukdomarna, och olika skolor, akademier och sammanslutningar för kirurger bildades i Europa. När Serafimerlasarettet öppnade i Stockholm år 1752 hade man fyra kirurgiska och fyra medicinska sängplatser. Redan från början var traumatologi en stor del av verksamheten, cirka en tredjedel av fallen var ortopediska. Frakturer och luxationer be-
1
BILD 1.5. Medeltida kirurgiska instrument (Hieronymus
Brunschwig, 1497).
handlades med skenor och sträckapparater; behandlingstiderna var mycket långa och komplikationer som trycksår och infektioner legio. Öppna frakturer behandlades som regel med primär amputation som kunde vara livräddande. Förutom skador dominerade infektionerna den ortopediska scenen. Höfttuberkulos sträckbehandlades under lång tid. Rörelsehinder och deformiteter till följd av skador och infektioner var vanliga [BILD 1.6]. Den obeskrivliga smutsen i städerna, med avskrädeshögar och latriner på gatorna, gav en god grogrund för olika infektionssjukdomar. Förhållandena var än värre på det fåtal sjukhus som fanns. Av en beskrivning från Hôtel-Dieu i Paris år 1779 framgår att det vanligen låg ett flertal personer i varje säng – sjuka, döende, infekterade, nyopererade, spädbarn och åldringar om varandra – beroende på platsbrist och möjligen även på att sjukhuset saknade uppvärmning. Hygienen i salarna var 13
DEL_1_009_336.indd 13
2014-06-09 09.11
1
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 1.6. Invaliditet efter skador och infektioner var
mycket vanligt. (”Krüppelprozession” av Hieronymus Bosch, 1450—1516).
inte bättre än på gatorna utanför och Seine användes som både avlopp och vattenkälla. När man tvättade sår använde man i regel samma trasor och tvättkar för flera patienter. Kanske var det för att infektionsfrekvensen var 100 % i dessa infernon som man inte kunde se att smittan spreds via direktkontakt. Eftersom man då inte hade någon kunskap om mikroorganismer, var det inte märkligt att man teoretiserade om att luften i sig bar smittan – inte minst eftersom stanken måste ha varit fruktansvärd. Man ansåg till och med att varbildande infektioner (vanligtvis orsakade av stafylokocker) var ett gott tecken: man talade om pus bonum et laudabile, det goda och berömvärda varet, vilket kan vara förståeligt om man betänker att de icke-varbildande infektionerna (streptokockinfektioner och anaeroba infektioner) i regel var dödande. De som hade möjlighet sökte vård utanför sjukhusen där risken
för infektioner var mindre. Det saknades fortfarande i stort sett verksamma medikamenter, vilket kan illustreras av att det i början på 1800-talet årligen förbrukades 5–6 miljoner blodiglar vid sjukhusen i Paris. Den ungerske förlossningsläkaren Ignaz Semmelweis la märke till att dödligheten i barnsängsfeber skilde sig mellan två avdelningar vid Allgemeines Krankenhaus i Wien. Läkarna på den ena avdelningen gick direkt från obduktionssalen till förlossningsrummen. När Semmelweis vän Kolletscha dog efter ett sticksår vid en obduktion, drog Semmelweis slutsatsen att det fanns ett överförbart smittämne, och han kunde sedan experimentellt infektera nyförlösta kaniner. År 1847 införde han därför ett strikt reglemente med handhygien och sterilisering av instrument med klorkalkvatten. Mödradödligheten sjönk då från 10 % till 1 %, ungefär i nivå med hemförlossning. Av olika skäl kunde han dock inte övertyga det medicinska etablissemanget; han avskedades och dog senare på sinnessjukhus, enligt uppgift till följd av skador som han åsamkats av sina vårdare. Tiden var uppenbarligen ännu inte mogen: flera andra hade tidigare varit inne på samma tankar utan att finna gehör, bland annat Holmes i Boston och Cederschiöld i Stockholm. Två år efter Semmelweis död, 1867, publicerade Lister en revolutionerande artikel om kirurgiska infektioner. Joseph Lister (1827–1912) [BILD 1.7] introducerade ett antiseptikum, karbolsyra, fenol, som tidigare hade använts som desinfektionsmedel i kloakvatten men som nu befanns vara tillräckligt effektivt i koncentrationer som inte var frätande. År 1865 började Lister de kliniska försöken med karbolsyra vid Glasgow Royal Infirmary, och han kunde kraftigt minska infektionsfrekvensen, från 90– 100 % till 10–15%, vid många ingrepp. Karbolet, som kom att flöda i operationssalar och på vårdavdelningar, gav en karakteristisk atmosfär åt sjukhusen, inte minst eftersom karbolsyra även användes som sprej. Lister hävdade att den luftburna smittan var av stor betydelse. Principen om antiseptik – ett av de stora genombrotten inom kirurgin – slog emellertid igenom och kom att bli allmänt omfattad i slutet av 1800-talet. När sedan den teoretiska bak-
14
DEL_1_009_336.indd 14
2014-06-09 09.11
Ortopedins utveckling
BILD 1.7. Joseph Lister (1827— 1912) utvecklade antiseptiken på basen av kliniska och experimentella studier.
grunden med mikroorganismer och principerna för smittspridning klarlades av Pasteur och Koch kunde man i stället för antiseptik övergå till aseptik, dvs. sterilisera kirurgiska instrument och minimera antalet mikroorganismer genom noggrann hygien. Innan man fick tillgång till bedövning behövdes det 4–6 starka karlar för att hålla i patienten under operationerna. Det är då inte konstigt att man föredrog snabba kirurger: en underbensamputation tog 1–3 minuter, och Napoleons livläkare, DominiqueJean Larrey (1766–1842), lär personligen ha utfört 200 amputationer på ett dygn under slaget vid Borodino (på den tiden var amputation en livräddande åtgärd vid öppna frakturer). För att få muskelslapphet var man, förutom till muskelkraft och olika sträckanordningar, hänvisad till olika former av berusningsmedel eller andra sätt, som heta bad eller nedkylning. På 1840-talet introducerades eter, kloroform och lustgas, vilket gjorde att man kunde göra mer omfattande ingrepp. Under slutet av 1800-talet introducerades kokain som lokalbedövningsmedel. Det dröjde dock till långt in på 1900-talet innan anestesiologin började utvecklas, beroende på att man tidigare saknade kunskap om basala fysiologiska mekanismer. Bedövningen sköttes länge av samma sorts herrar som tidigare höll i patienterna. Florence Nightingale var en av de första som använde statistiska metoder i klinisk medicin. Hon var dessutom en hårdför politiker och lyckades näs-
1
BILD 1.8.
Florence Nightingale (1820—1910).
tan ensam ändra hygienrutinerna vid de vid de snuskiga sjukhusen [BILD 1.8]. Den tiosidiga uppsatsen ”Über ein neue Art von Strahlen” (1895) av fysikprofessorn Wilhelm Conrad Röntgen [BILD 1.9] spreds snabbt över världen. En av de första röntgenbilderna, som togs år 1895 på fru Bertha Röntgens hand, var en enorm sensation, och det dröjde bara några år innan de nya Xstrålarna användes allmänt i sjukvården över hela världen. Redan 1896 använde man på Serafimerlasarettet i Stockholm Röntgens metod för lokalisera en kula i skallen på en pojke. Tre år senare inköptes en röntgenapparat för den aktningsvärda summan av 2 000 kronor till Falu lasarett. I dag är det omöjligt att tänka sig sjukvård utan bilddiagnostik. Röntgendiagnostiken, aseptiken och de förbättrade anestesimetoderna tillät nu kirurgi inte bara när det var helt nödvändigt (sårskador, infektioner, öppna frakturer, intestinala obstruktioner), utan också när det kunde vara rimligt att behandla ickelivshotande åkommor. Efter andra världskriget – när man hade mer allmän tillgång till antibiotika och blodtransfusion liksom kunskap om cirkulations- och respirationsfysiologi – kunde indikationerna för kirurgiska och ortopediska ingrepp vidgas ordentligt. Under början och mitten av 1900-talet började även de kirurgiska verksamheterna att delas upp i organspecialiteter. Denna utveckling har sedan inte gått att hejda; specialiseringen har betytt mycket för att höja kvaliteten. 15
DEL_1_009_336.indd 15
2014-06-09 09.11
1
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 1.9 A: W. C. Röntgen (1845—1923). B: Den första röntgenbilden.
Socialt engagerade privatpersoner skapade institutioner för vård och utbildning av vanföra (rörelsehindrade). År 1882 grundades i Stockholm Eugeniahemmet [BILD 1.10—1.13], en anstalt för fattiga, obotligt sjuka, lytta och vanföra barn ”som icke äro behäftade med idioti”. I slutet av 1800-talet hade
vanföreanstalter också inrättats i Göteborg och Helsingborg. Vanföreanstalterna byggde på framsynta och upplysta principer: förutom att ge medicinsk vård åt barnen skulle man integrera resurser för habilitering, undervisning och även yrkesutbildning. Vad detta kom att betyda för de handikap-
BILD 1.10. Dr Samuel Hübinette opererar på Eugenia-
BILD 1.11. Bandagemästare Wallén prövar ut en korsett på
hemmet 1914. Pojken, som av muskelatrofierna att döma troligen hade sviter efter polio, får efternarkos. Färgen på höften är jodsprit för desinfektion.
gossen Georg.
16
DEL_1_009_336.indd 16
2014-06-09 09.11
Ortopedins utveckling
1
BILD 1.13. De vanföra (rörelsehindrade) barnen fick även
BILD 1.12. Åke lär sig gå under överinseende av dr Asplund och taxen Lilleman.
pade barnen är lätt att förstå, om man betänker att det på den tiden inte fanns någon egentlig socialvård. Under 1900-talet har ortopedin fortsatt att utvecklas. Genom aseptik och förbättrad operationsteknik blev det möjligt att använda implantat för att stabilisera frakturer samt även för att ersätta leder. Ortopederna har därigenom fått ansvar för behandlingen av trauma mot rörelseapparaten och en framträdande roll inom rehabiliteringen efter olycksfall. I slutet av 1950-talet lanserade en schweizisk grupp, AO (Arbeitsgemeinschaft für Osteosyntesefragen), ett system för intern stabilisering av frakturer som gav förbättrade möjligheter att behandla frakturer. AO-tekniken har dessutom inneburit att efterbehandlingen har förenklats för de flesta frakturtyper. Ungefär samtidigt utvecklade engelsmannen John Charnley [BILD 1.14 A] sin metod för rekonstruktion av höftleder, som han benämnde lågfriktionsartroplastik. Metoden byggde på konceptet att ersätta såväl ledhuvud som ledpanna med proteser som fixerades mot benet med en plastpolymer, metakrylat (bencement). Charnley använ-
yrkesutbildning på vanföreanstalterna. Sylektion på Eugeniahemmet under ledning av fröken Bruun. Flickan Anna (längst fram till vänster) är förlamad i händerna och även i nedre extremiteterna. Lägg märke till flickorna som syr med fötterna. Lotta (på bordet till vänster), som hade multipla missbildningar, utbildade sig till sömmerska.
de en ledpanna som bestod av en typ av polyetylen, och ledhuvudet var litet och bestod av rostfritt stål. Samtidigt som Charnley utvecklade instrument, proteser och operationsteknik blev han också tvungen att förbättra aseptiken. En infektion som uppstod i samband med en totalplastikoperation visade sig nämligen få katastrofala följder – i regel fick allt implantat avlägsnas. Han utvecklade därför en operationsbox, med snabb omsättning av filtrerad luft, samt även täta dräkter med separat ventilation för kirurgerna [BILD 1.14 B]. Han var lika framgångsrik när det gällde såväl aseptiken som rekonstruktionen av höftleden. Risken för infektion minskade till en tiondel. Charnleys exempel gjorde att ledproteskirurgin kom att utsträckas till andra leder. För närvarande har ledproteskirurgin i höftoch knäled en tätplats inom kirurgin vad gäller goda långtidsresultat och frånvaro av komplikationer. Under 1970-talet påbörjades utvecklingen av den artroskopiska tekniken genom ett samarbete mellan tekniker och ortopeder på olika håll i världen. Detta arbete har successivt lett fram till det 17
DEL_1_009_336.indd 17
2014-06-09 09.11
1
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 1.14 A: Sir John Charnley (1911—1982), här vid ett besök år 1982 på Akademiska sjukhuset i Uppsala, var en av pionjärerna inom utvecklingen av höftproteser (bild Uppsala Nya Tidning). B: Han introducerade också användningen av operationsboxar med filtrerad luft och operationsdräkter för att minimera risken för luftburen kontamination.
som kommit att betecknas titthålskirurgi. Sålunda utvecklades tekniker där man genom att föra in instrument via ett centimeterstort snitt kunde avlägsna eller reparera menisker, avlägsna fria kroppar och ersätta korsband. Inte nog med att tekniken medförde ett lindrigare efterförlopp, den gav också bättre insyn och åtkomlighet än tidigare. Inom ortopedin har den artroskopiska kirurgin kommit att
dominera behandlingen av mjukdelsskador i knäleden. Den används även för diagnostik och behandling av skador i axlar [BILD 1.15] liksom av andra leder. Liknande teknik har senare tagits i bruk inom allmänkirurgin. De tekniska framgångarna inom ortopedin har medfört inte bara stora förbättringar för patienterna utan också minskade kostnader för samhället. Rörelseapparatens åkommor har fått allt större betydelse i det moderna samhället, vilket har bidragit till att allt fler läkare engageras inom specialiteten ortopedi. I dag finns ortopediska enheter vid nästan alla sjukhus i Sverige. Utvecklingen har drivit fram en subspecialisering även inom ortopedin, något som emellertid inte har minskat behovet av sammanhållna ortopediska enheter.
Dagens sjukdomspanorama BILD 1.15. Axelartroskopi sker oftast i narkos med
patienten halvsittande. Genom artroskopet kan man inspektera leden via en videokamera och även göra kirurgiska ingrepp med hjälp av instrument som förs in genom separata små snitt.
Bara under loppet av några få generationer har det i i-länderna skett en exempellös förändring av befolkningens ålderssammansättning [BILD 1.16]. I början av 1900-talet hade den en bred bas men har nu en mer jämn fördelning. Detta har lett till en dra-
18
DEL_1_009_336.indd 18
2014-06-09 09.11
Ortopedins utveckling
matisk förändring av sjukdomspanoramat i den industrialiserade världen. Denna utveckling verkar fortsätta; medellivslängden har fortsatt att öka, om än inte i samma takt som tidigare [BILD 1.17]. Speciellt har dödligheten hos äldre kvinnor minskat; den återstående medellivslängden för 65-åriga kvinnor var 18 år 1980, och 2010 hade den ökat till 25 år. Medellivslängden för kvinnor är nu drygt 80 och för män knappt 75 år. Gruppen över 80 år kommer att öka dramatiskt. Förutom på sociala och ekonomiska faktorer beror detta på medicinska framsteg, bland annat en förbättrad behandling av hjärt–kärlsjukdomar, diabetes och infektioner. Ortopedin i i-länderna domineras av åldersrelaterade skador och krämpor som benskörhet [BILD 1.18—1.20] och ledsjukdomar [BILD 1.21]. I u-länderna är panoramat helt annorlunda;
Procentuell andel gamla/mycket gamla i befolkningen 25
BILD 1.18. Gångträning efter höftprotesoperation.
Rehabilitering ingår i de flesta typer av ortopedisk behandling.
här är större delen av befolkningen barn och ungdomar, och infektioner och trauma är de vanligaste ortopediska problemen. Populationsundersökningar visar att rörelseorganens sjukdomar är en av de vanligaste orsakerna till funktionshinder och att detta ökar med tilltagande ålder [BILD 1.23—1.26]. Men även i yngre åldersgrupper är funktionshinder i rörelseapparaten vanliga, vilket visades av Pliktverkets inskrivningsstatistik där sjukdomar och skador i rörelseorganen tillsammans visade sig vara den största diagnosgruppen. I Statistiska centralbyråns levnadsnivåundersökning svarade 18 % av befolk-
>84 75–84 65–74
20 15 10 5 0
1970
1980
1990
2000
1
2025 År
BILD 1.16. Andelen över 65 år och framför allt mycket
gamla ökar. Medellivslängd (år) 88
86
Kvinnor
84 82 Män
80 78 76 74 2007 2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2050 År
BILD 1.17. Medellivslängden fortsätter att öka.
19
DEL_1_009_336.indd 19
2014-06-09 09.11
1
Del 1. Allmän ortopedi
Sjukdomar i respirationsorganen
Ledsjukdom Cerebrovaskulär sjukdom
m
3 +*
Diabetes
)*·+) &-·))
Ischemisk hjärtsjukdom
1 &-
= [i
Gn\\
7~X`Zc =jbZgjh GVY^jh ;Zbjg dX] jacV
JcYZg" WZc
;di
BILD 1.19. Vårddagar för olika frakturer i olika åldrar. Höftfraktur hos ädre dominerar.
Hypertoni BILD 1.21. De vanligaste kroniska sjukdomarna.
10 000 9 000 Kvinnor 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 Män 3 000 2 000 1 000
0– 4 5– 9 10 –1 15 4 –1 20 9 –2 25 4 –2 30 9 –3 35 4 –3 40 9 –4 45 4 –4 50 9 –5 55 4 –5 60 9 –6 65 4 –6 70 9 –7 75 4 –7 80 9 –8 85 4 –8 9 90 +
0
ningen över 16 år att de hade långvarig sjukdom eller symtom från rörelseorganen. Incidensen ökar med åldern, och generellt sett anger kvinnor en högre frekvens av muskuloskeletala besvär än män. När den allmänna pensionen i Sverige infördes 1913 ansågs 65 år vara en lämplig pensionsålder, för då var bara 10 % av befolkningen i livet. En nyfödd flicka i dag har större sannolikhet att bli
BILD 1.20. Frakturincidensen (antal frakturer per 100 000 personer per år) har en bimodal fördelning och ökar kraftigt i seniet.
100 år. Den åldrande befolkningen, förbättrade metoder samt högre krav på livskvalitet har drivit upp de totala kostnaderna för hälso- och sjukvården som i de flesta länder i dag ligger kring 10 % av bruttonationalprodukten. Rörelseorganens sjukdomar tar en stor del av den slutna vårdens resurser i anspråk. I den öppna vården utgör rörelseorganens sjukdomar och skador 15–20 % av antalet besök,
20
DEL_1_009_336.indd 20
06-12-01 09.49.09
2014-06-09 09.11
Ortopedins utveckling
1
Nedre extremiteten Procent 30 Rygg
25
Nacke Rygg Övriga leder
20 15 10 5 0
25–44
45–64
Övre extremiteten
65–74 Ålder
BILD 1.22. Sammanställning av prevalensen smärtor från rörelseorganen (USA). Staplarna visar hur många i en slumpvis utvald population som svarade ja på frågorna: Har du någonsin haft rygg- eller nacksmärtor under de flesta dagarna under åtminstone två veckor? respektive Har du någonsin haft smärta/värk i någon led (förutom rygg/nacke) under de flesta dagar under åtminstone 6 veckor?
BILD 1.24. Den anatomiska distributionen av öppenvårdsdiagnoser för rörelseorganen.
35 30 25 Kvinnor
20 15 Män
10 5
BILD 1.23. Andelen svenskar som vid en enkät-
fördelade på flera specialiteter, där icke-ortopeder, allmän-, privat- och företagsläkare sköter det största antalet patienter. Samtidigt har metodologiska förbättringar minskat behovet av övrig kirurgi, vilket har gjort ortopedin till en av de största kirurgiska specialiteterna [BILD 1.27]. När det gäller rörelseorganens sjukdomar och skador är dock de indirekta kostnaderna, t.ex. so-
+ 85
4
4
–8 75
–7 65
4 –6 55
4 –5 45
4 –4 35
4 –3 25
4 –2 16
16
–8
4
0 År
undersökning angav att de hade betydande och långvariga besvär från rörelseapparaten.
cialförsäkring och förlorad produktion, större än de direkta sjukvårdskostnaderna. Totalt ligger över 80 % av kostnaderna för rörelseorganens åkommor utanför sjukvården, och de totala kostnaderna domineras av socialförsäkringarna. För 2010 var hälso- och sjukvårdskostnaderna 330 miljarder kronor. Cirka 1/5 av alla sjukskrivningsdagar, 1/3 av alla förtidspensioneringar (aktivitetsstöd) och 21
DEL_1_009_336.indd 21
2014-06-09 09.11
1
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 1.25. Antalet slutenvårds-
180 000
operationer i Sverige. 160 000 140 000 120 000 100 000
Rörelseapparaten Gastrointestinal, endokrin
80 000
Thorax, andningsorgan, kärl Gynekologi och obstetrik
60 000
Nervsystem, hud Urologi
40 000
ÖNH och munhåla Ögon
20 000 0 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 År
hälften av alla arbetsskadefall kan hänföras till ortopediska åkommor [BILD 1.28]. Socialförsäkrings- och arbetsförsäkringssystemens utbyggnad har sålunda gjort att funktionsTABELL 1.1. Uppskattning av totalkostnaderna för olika kirurgiska åtgärder 2011 i Stockholms läns landsting. Siffrorna baseras på DRG (diagnosrelaterade grupper) som är ett system för att beräkna underlag för kostnadsersättning. GRUPP AV DIAGNOSER/INGREPP
MILJARDER KRONOR
Rörelseorganen
1,3
Gastroenterologi
1,2
Thorax inklusive kardiologi
0,8
Gynekologi/obstetrik
0,5
Neurokirurgi, perifera nerver
0,3
Urologi
0,3
Övrigt och ospecificerat
0,3
ÖNH
0,2
Ögon
0,2
Endokrinologi
0,1
Hud/plastik
0,1
Kärl
0,1
Trauma
0,1
Totalt
5,5
störningar i rörelseapparaten fått ökad ekonomisk betydelse. Detta återspeglas i att antalet sjukskrivningsdagar har tredubblats sedan 1920-talet samtidigt som det allmänna hälsotillståndet förbättrats och antalet mycket tunga arbeten minskat. Andelen arbeten som innefattar monotona moment och ensidiga arbetsställningar har dock blivit större, och det är sannolikt att befolkningens minskade fysiska aktivitet har bidragit till den ökade förekomsten av stora folksjukdomar som diabetes och benskörhet. De sociala effekterna av rörelseorganens sjukdomar och skador fördelar sig sålunda på flera huvudområden: försämrad livskvalitet, sjukvårdskostnader och indirekta kostnader, produktionsbortfall och socialförsäkringskostnader. Den enskilda patientens upplevelse är naturligtvis svår att värdera i kvantitativa termer, men enkätundersökningar om hur människor värderar olika symtom och funktionsinskränkningar visar dock att symtom från rörelseorganen och rörelsehinder upplevs som relativt svåra i jämförelse med besvär från andra organsystem. Sjukvårdens primära syfte är ju humanitärt snarare än ekonomiskt, och för att kunna värdera nyttan måste man även väga in kvalitativa faktorer som inte så lätt låter sig beskrivas med siffror (tabell
22
DEL_1_009_336.indd 22
2014-06-09 09.11
Ortopedins utveckling
1
Frakturkirurgi Kejsarsnitt/ obstetriskt ingrepp Kolecystektomi Appendektomi Ledprotes 0
2000
4000
6000
8000 Antal
BILD 1.26. De vanligaste
slutenvårdsoperationerna.
Övrigt Psyke Hals- och ländrygg
Skador
Neurologi, sinnesorgan
Hjärta–kärl
Ländrygg
Andningsorgan
Halsrygg
Rörelseorgan
BILD 1.27. Den anatomiska fördelningen av
BILD 1.28. Beviljade förtidspensioner för olika
sjukskrivningsdiagnoser för ryggbesvär.
sjukdomsgrupper.
1.2). Men samtidigt kan man konstatera att ortopedi, exempelvis traumavård och rekonstruktiva ingrepp, är lönsamt även med ett strikt ekonomiskt synsätt.
TABELL 1.2. Ett sätt att bedöma vårdens kostnadsnytta är att räkna in livskvalitet. Nedan några uppskattningar av QALY, kvalitetsjusterade levnadsår, för olika interventioner jämfört med rökstopp. ÅTGÄRD
Rökstopp
Trauma WHO har beräknat att kostnaden för trauma i de flesta länder ligger kring 1 % av BNP, oavsett respektive lands utvecklingsgrad. Bland de allvarliga olycksfallen dominerar trafikskadorna. Skador är den vanligaste dödsorsaken före 44 års ålder. Cirka 4 500 personer avlider årligen till följd av skador i Sverige. Av dessa är 1 300 suicid, ett hundratal mord/dråp och resterande 2 600 är olycksfallsrela-
KOSTNAD PER QALY
1
Pacemaker vid hjärtblock
4
Höftprotes
4
Koronar bypass vid svår angina (ett koronarkärl drabbat)
6
Njurtransplantation
18
Bröstcancerscreening
21
Koronar bypass vid mild/måttlig angina (två kärl drabbade)
74
Hemodialys på sjukhus
82
23
DEL_1_009_336.indd 23
2014-06-09 09.11
1
Del 1. Allmän ortopedi
terade skador, varav cirka 500 trafikrelaterade. Trafikskadorna drabbar oftast unga, och det övervägande antalet är män [BILD 1.29]. Som alltid är den primära preventionen, i detta fall skadeprevention, det viktigaste, och det arbetet har varit framgångsrikt: år 2006 var antalet omkomna i trafiken lägre än 1939! Antalet dödsfall i arbetet har minskat från 400 årligen på 1950-talet till 60 år 2011. En fjärdedel av alla skadade är mellan 18 och 20 år, och riktade insatser med information i syfte att förändra beteendet hos de yngre männen med färska körkort skulle säkerligen vara en besparande åtgärd. De ekonomiska effekterna av trafikskador är stora och de indirekta kostnaderna överväger. (Många ekonomiska beräkningar vid exempelvis projektering av vägbyggen brukar estimera värdet av ett människoliv i storleksordningen 6–7 miljoner dollar. År 2004 beräknade Vägverket summan till 14,6 miljoner kronor. I Sve-
BILD 1.30. Räddningstjänst och ambulanssjukvård är
hörnstenar i modern traumatologi.
rige kompliceras traumavården av långa avstånd, vilket har givit ambulanssjukvården stor betydelse [BILD 1.30].
Antal personer 2 000 Svårt skadade, män 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800
Svårt skadade, kvinnor
600 400
Döda, män Döda, kvinnor
200 0 0–14
15–24
25–34
35–44
45–54
55–64
65– Ålder
BILD 1.29. Antalet döda och en uppskattning av antalet svårt skadade till följd av trafikolyckor i Sverige.
24
DEL_1_009_336.indd 24
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
2
Skelettets utveckling och tillväxt Skelettet anläggs till största delen som brosk som sedan resorberas eller förbenas under tillväxten. Brosket finns kvar i tillväxtzonerna fram till vuxen ålder, och finns därefter endast kvar på ledytorna. Tillväxten är genetiskt styrd och effektueras genom att cellerna bildar olika signalsubstanser och tillväxtfaktorer. Både brosk och ben är kompositmaterial, där kollagenfibriller är bundna till andra ämnen. Brosk innehåller cirka 70 % vatten, som är bundet till starkt negativt laddade socker-/proteinföreningar. Brosk innehåller varken kärl eller nerver och läker därför dåligt, vilket har stor klinisk betydelse. Ben är på viktbasis starkare än stål, vilket beror på blandningen av kollagenfibriller och mineral. Ben har en unik egenskap: det kan läka utan ärr. Det omsätts ständigt genom att små partier bryts ned och ersätts med helt ny vävnad. Omsättningen är störst under tillväxten; i vuxen ålder sker det endast ett underhåll för att ersätta äldre vävnad eller anpassa benet till förändrade mekaniska krav.
2
ändras, epigenetiska förändringar. Det finns flera mekanismer för detta; mest känd och studerad är DNA-metylering som ofta ändrar uttrycket av närliggande gener. Andra mekanismer är förändringar av de proteiner som DNA-strängen är lindade runt, vilka gör olika gener mer eller mindre åtkomliga. Humana celler har normalt 46 kromosomer vilka, med undantag för könscellerna, innehåller en dubbel uppsättning gener. En gen i ett visst lokus (specifik lokalisation på en viss kromosom) kan ha alternativa former. En individ som har dubbel uppsättning av en allel (en av flera alternativa versioner av gen) sägs vara homozygot, medan den med två olika alleler är heterozygot. En allel kan vara dominant eller recessiv, men det kan även föreligga olika grader av penetrans, dvs. hos en del av avkomman visar sig egenskapen i fråga, hos andra inte. Olika grader av expressivitet förekommer också, dvs. en variation i fenotypen (resultatet av genuppsättningen) hos anlagsbäraren. Den bakomliggande genetiska konstitutionen kallas genotyp (tabell 2.1). TABELL 2.1. Genetiska termer.
Allel
Alternativa genformer på samma lokus av homologa kromosomer
Diploid
Innehållande två kromosomuppsättningar, normaltillståndet förutom i gameterna
Dominant
Egenskap som uttrycks hos heterozygota
Dysplasi
Felaktig organisation av vävnaden
Fenotyp
De egenskaper som genotypen ger upphov till, under inflytande även av yttre faktorer
Gameter
Könsceller
Genetik
Genetisk heterogenitet
Olika genotyper kan ge likartad klinisk bild
Under de första levnadsåren är medfödda missbildningar och sjukdomar kvantitativt betydelsefulla; här är de genetiska faktorerna viktigast. Med stigande ålder blir det allt vanligare med sjukdomar där ärftliga faktorer samverkar med yttre agens. Genetiska faktorer har dock betydelse vid de flesta av rörelseorganens åkommor, varför praktiska frågeställningar kring diagnos och genetisk rådgivning inte är ovanliga. Det finns också förändringar av genernas uttryck utan att själva DNA-sekvensen
Genotyp
Allelerna vid ett speciellt lokus
Heterozygot
En individ med två olika alleler i ett lokus
Homozygot
En individ med två identiska alleler i ett lokus
Penetrans
I vad mån ett anlag manifesteras. Exempelvis vid 70 % penetrans har 70 % av bärarna av anlaget abnormiteten i fråga
Pleiotropism
Ett anlag kan ge olika effekter
Variabilitet
Variation av svårighetsgraden, expressiviteten, av en abnorm gen
25
DEL_1_009_336.indd 25
2014-06-09 09.11
2
Del 1. Allmän ortopedi
Människan har cirka 1010 baspar i sin DNA-uppsättning. Man har beräknat att det humana genomet består av drygt 20 000 gener. Märkligt nog förefaller endast en mindre del av DNA att koda för proteiner. Den största delen DNA förefaller vara områden som kontrollerar, aktiverar och stänger av olika gener. Kroppen återanvänder också gener för olika ändamål, vilket är förklaringen till att olika syndrom kan ha olika kroppsdelar och organ involverade. Tidigt under fosterutvecklingen, då cellerna differentieras, inaktiveras den del av genomet som inte används, men samtliga celler bär en komplett genetisk kod. Det finns i huvudsak tre typer av genetiska rubbningar: • kromosomaberration, onormalt antal kromosomer • monogen rubbning, sjukdom orsakad av förändring i en gen [BILD 2.1] • polygen rubbning, sjukdom orsakad av förändringar i flera gener.
6jidhdbVai Ydb^cVci
Kromosomaberrationer
M"`gdbdhdbWjcYZi
Normalt innehåller varje cell, med undantag för könscellerna, 46 parade kromosomer, 23 från vardera föräldern. Kvinnor har två X-kromosomer (46,XX), män en X- och en Y-kromosom (46,XY). Vid bildningen av könsceller sker det en blandning, överkorsning, av det genetiska materialet mellan kromosomparen, vilket ger enorma kombinationsmöjligheter. Samtidigt är anomalier inte sällsynta – drygt 0,5 % av levande födda har onormal kromosomuppsättning, vilken kan uppstå på grund av mutationer vid bildningen av könscellerna eller tidigt under fosterutvecklingen. Könskromosomer
Rubbningar i könskromosomerna ger ofta lindrigare kliniska manifestationer än rubbningar som drabbar autosomerna (alla andra kromosomer utom X och Y), och extra kromosommaterial tolereras bättre än förluster. Könskromosomaberrationer ger vanligen symtom i form av störningar av könsutvecklingen, infertilitet, tillväxtrubbningar och lättare psykiska utvecklingsrubbningar.
6jidhdbVai gZXZhh^ki
H_j` bVc H_j` `k^ccV ;g^h` bVc ;g^h` `k^ccV ;g^h` VcaV\hW~gVcYZ bVc ;g^h` VcaV\hW~gVcYZ `k^ccV BILD 2.1. Nedärvningsmönster för monogena sjukdomar. Överst: autosomalt dominant nedärvning. Exempel: akondroplasi. Den sjuke mannen i 2:a generationen är förmodligen drabbad av en mutation. Den sjuke mannen i 4:e generationen får barn med en kvinna med samma åkomma. Ett av barnen har letal homozygot akondroplasi. Mitten: autosomalt recessiv nedärvning. Exempel: de flesta mukopolysackaridoser. Nederst: X-kromosombunden recessiv nedärvning. Exempel: hemofili A.
26
DEL_1_009_336.indd 26
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
Turners syndrom. Avsaknad av en X-kromosom
(45,X0) förekommer hos 1/2 500 flickor. Fallen förefaller vara sporadiska utan relation till moderns ålder. Tillståndet är associerat med en ökad förekomst av missbildningar, framför allt i hjärta och njurar. Av ortopediskt intresse är en ökad frekvens ryggmissbildningar. Även extra X-kromosomer hos flickor kan förekomma, och syndromet kan förlöpa med eller utan allvarliga kliniska symtom. Klinefelters syndrom. Extra X-kromosomer till-
sammans med en Y-kromosom (47,XXY) ger fenotypiska män. Tillståndet har en incidens på 1/500 levande födda pojkar och uppdagas vid puberteten genom hypogonadism och ofta en disproportionerlig längdtillväxt med onormalt långa ben i relation till bålen. Gynekomasti, mental retardation och av någon anledning också radioulnar synostos kan föreligga. Det förekommer vidare varianter med ännu fler X-kromosomer; den kliniska svårighetsgraden är proportionell till antalet X-kromosomer. Autosomer
Många skador på autosomerna är letala eller slutar med spontanabort. De flesta kromosomanomalier ger svåra missbildningar av flera organsystem, där mental retardation ofta dominerar den kliniska bilden. Extra kromosommaterial tolereras bättre än förluster, deletioner. Med trisomi menar man att det föreligger en extra kromosom, tre i stället för normalt två.
2
stem. Tidigare dog de ofta i tidig vuxen ålder, men i dag kan de leva meningsfulla och värdiga liv till hög ålder. Av kliniskt intresse är även ligamentlaxitet liksom tillväxtrubbningar, framför allt i rygg och höft, som kan behöva ortopedisk behandling. Viktigast är cervikala missbildningar och instabilitet, som kan leda till mors eller myelopati, varför röntgen av halsryggen bör utföras på vida indikationer vid Downs syndrom [BILD 2.2] liksom vid andra missbildningar. Undersökningen utförs lämpligen efter 4-årsåldern och bör innefatta bilder med nacken i maximal flexion och extension för att bestämma om det föreligger ett ökat avstånd mellan dens och C1. Incidensen skolios är flerfaldigt ökad och dessa krökar är i regel av idiopatisk typ. Patienterna har ofta svårt att tolerera korsettbehandling, varför kirurgi ofta blir indicerad om skoliosen progredierar (kapitel 20). Risken för neonatal höftinstabilitet är också större, och den ökade ledlaxiteten gör att habituella luxationer i olika leder kan uppkomma senare. Fotdeformiteter är vanliga; med åren kan de bli symtomgivande, speciellt som patienterna förefaller ha försämrad motorik. Behandling är indicerad om fotproblemen begränsar patientens rörlighet. Numera överlever patienter med Downs syndrom ofta till hög ålder, och det ger en generellt en ökad muskuloskeletal sjuklighet, ofta behandlingskrävande. Trisomi av kromosom 13 och 18 är ovanliga (1/10 000); de ger båda svåra multipla missbildningar och grav mental retardation.
Downs syndrom (trisomi 21), den vanligaste allvar-
Monogena sjukdomar
liga kromosomrubbningen, förekommer med en incidens av 1/700 levande födda. De flesta fallen är sporadiska och vanligare hos barn till äldre mödrar. Risken för att föda ett barn med Downs syndrom anges till 1/250 hos mödrar över 35 år. Personer med Downs syndrom har ett karakteristiskt utseende och är mentalt retarderade; intelligenskvoten ligger ofta omkring 50. Ungefär hälften har hjärtmissbildningar. Det föreligger även en ökad incidens av missbildningar i andra organsy-
Vid monogena sjukdomar [BILD 2.1] föreligger det en förändring i en enskild gen. Sammanlagt finns det över 3 000 monogena sjukdomar beskrivna, de flesta sällsynta. De påverkas endast i ringa grad av yttre faktorer och de visar karakteristiskt en diskontinuerlig variation – allt eller intet – antingen föreligger sjukdomen i fråga eller så är vederbörande frisk. Det är mer ovanligt med en kontinuerlig variation kring normaltillståndet. Många monogena sjukdomar är mutationer, och det förefaller som om varje 27
DEL_1_009_336.indd 27
2014-06-09 09.11
2
Del 1. Allmän ortopedi
TABELL 2.2. Exempel på olika nedärvningsmönster.
Icke-genetiskt
Enkondromatos Fibrös dysplasi Klippel—Feils syndrom Sprengels deformitet
Autosomalt dominant
Akondroplasi Kleidokranial dysplasi Hereditära multipla exostoser Marfans syndrom Multipla epifysära dysplasier Neurofibromatos Osteogenesis imperfecta typ I och IV Syndaktyli
Autosomalt recessivt
Diastrofisk dysplasi Hypofosfatasi Morquios syndrom Mukopolysackaridoser
Könsbundet recessivt
Duchennes muskeldystrofi Hemofili Hypofosfatemi
BILD 2.2. Underutveckling av dens axis hos ett barn med
Könsbundet dominant
Vitamin D-resistent rakit
Downs sjukdom — dens (pil) når inte upp till atlas (asterisk). Patienten hade instabilitet med påverkan av ryggmärgen.
gen har sin karakteristiska mutationsfrekvens. Exempelvis är incidensen Marfans syndrom och akondroplasi relaterad till faderns ålder. Autosomalt dominanta sjukdomar (tabell 2.2) ma-
nifesteras även om bara en av allelerna är abnorm. Beroende på sjukdomens penetrans kan upp till 50 % av första generationens avkomma ha sjukdomen, lika hos män och kvinnor. Det är karakteristiskt att anlaget kan följas från generation till generation. De flesta är ovanliga, men det finns ett stort antal autosomalt dominanta sjukdomar beskrivna. De kliniska symtomen är inte sällan mildare än vid de recessivt nedärvda sjukdomarna. Autosomalt recessiva sjukdomar blir kliniskt mani-
festa bara när individen bär på anlaget i dubbel uppsättning. Båda föräldrarna har då allelen i enkel uppsättning och cirka en fjärdedel av deras avkomma drabbas, medan ytterligare en fjärdedel blir anlagsbärare. Det finns ett stort antal autosomalt recessiva åkommor, som alla är ovanliga, och
sannolikheten för att drabbas är liten. Vid släktskap mellan föräldrarna ökar emellertid risken dramatiskt. Dessa sjukdomar kan därför få hög frekvens i etniska grupper som är socialt eller geografiskt isolerade. Män och kvinnor drabbas lika. De autosomalt recessiva sjukdomarna involverar ofta enzymdefekter som ger svåra kliniska effekter. I några fall kan man identifiera de heterozygota bärarna med biokemiska eller andra metoder. Sjukdomar med könsbunden nedärvning (tabell 2.2).
Vid könsbunden nedärvning sitter genförändringen i X-kromosomen. Det finns ett drygt hundratal åkommor beskrivna. Av de könsbundna nedärvningarna är den recessiva vanligast, varvid män som har sjukdomsanlaget på sin enda X-kromosom drabbas. Kvinnor är heterozygota bärare och överför åkomman till 50 % av sönerna. Dominant könsbunden nedärvning är ovanlig. Kvinnor drabbas då dubbelt så ofta som män. Ett exempel är vitamin D-resistent rakit.
28
DEL_1_009_336.indd 28
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
Polygena sjukdomar
Embryologi
De flesta hereditära sjukdomar följer inte någon enkel mendelsk nedärvning, utan de beror på samverkan av flera gener. Man kan jämföra med många mätbara egenskaper som exempelvis vikt, längd och intelligenskvot, som varierar kontinuerligt i populationen, och man kan inte ange några enkla sannolikhetssiffror för nedärvningen. Empiriskt har man dock funnit att om ett syskon har en polygent nedärvd sjukdom ökar risken för de andra syskonen 3–10 gånger. Vid många multifaktoriella tillstånd spelar förmodligen även yttre faktorer en betydelsefull roll. Man kan tänka sig att det finns en naturlig variation av flera faktorer och att sjukdomen eller tillståndet endast framträder då ett visst tröskelvärde överskrids, vilket kan förklara att även vissa polygent nedärvda åkommor förefaller ha en allt eller intet-variation. Till de polygent nedärvda sjukdomarna räknas många av barnaårens deformiteter som neonatal höftinstabilitet, klumpfot och skolios (tabell 2.3) liksom vuxenåkommor som artros och osteoporos, där man av populationsstudier kunnat göra sannolikt att både genetiska (tabell 2.4) och exogena faktorer är av betydelse.
Skelett och leder utvecklas under de första två fostermånaderna (tabell 2.5) till strukturer som har väsentligen samma form och arrangemang som hos vuxna. Denna snabba och precisa process är känslig för yttre skadliga faktorer som farmaka, toxiner och hypoxi, vilka sålunda kan ge upphov till medfödda missbildningar [BILD 2.1 B]. Några mikroorganismer kan penetrera placenta, och eftersom fostret repellerar på moderns immunförsvar kan tidiga infektioner, exempelvis rubella, hiv, lues och toxoplasmos, få förödande konsekvenser. Missbildningar har en multifaktoriell bakgrund, och effekterna är i hög grad också beroende av under vilken period som fostret skadas. Den känsligaste tiden är under själva anläggningen, embryonalperioden. Åtskilliga missbildningar kan diagnostiseras prenatalt genom ultraljud eller amniocentes, vilket innebär att man tar ett prov från amnionvätskan som kan återspegla de eventuella missbildningarna. Exempelvis indikerar förhöjda värden av alfa-fetoprotein en större slutningsdefekt av neuralröret. Fetala celler från amnionvätskan kan också odlas och kromosomerna analyseras. Från konceptionen till födelsen sker ett drygt fyrtiotal celldelningar, från 2 till 1013 celler; under den senare tillväxten sker ytterligare en fyrdubbling. Den embryonala utvecklingen bildar ett mönster: organen anläggs tidigt, sedan utvecklas artspecifika drag. Gamla strukturer bildar byggställningar för nyare konstruktioner. Exempelvis utvecklas gälanlagen även på ryggradsdjuren, men de övergår sedan i andra organ. Utvecklingsaspekterna är av praktisk–klinisk betydelse; många medfödda tillstånd är sekundära till anläggningsrubbningar. För att kunna förstå barnaårens ortopediska åkommor krävs därför embryologiska kunskaper.
TABELL 2.3. De multifaktoriella åkommorna har ofta en sned könsfördelning. FLICKOR/POJKAR
Klubbfot
1/2
Neonatal höftinstabilitet
5/1
Skolios (adolescent idiopatisk)
6/1
TABELL 2.4. Risken för nästa barn att få åkomman i fråga om ett eller två syskon är drabbade (%). 1 SYSKON
2 SYSKON
Neuralrörsdefekter
5
15
Klubbfot
3
9
Neonatal höftinstabilitet
5
10
2
TABELL 2.5. Fosterutvecklingen. VECKA
0—11
12—27
28—40
Trimester
1:a
2:a
3:e
Period
Embryonal
Fetal
Fetal
Huvudsaklig utveckling
Organogenes
Längd
Vikt
29
DEL_1_009_336.indd 29
2014-06-09 09.11
2
Del 1. Allmän ortopedi
Fostret anläggs i tre groddblad: ekto-, meso- och endoderm. Det inre groddbladet, endodermet, bildar kärl och inälvor. Det mellersta, mesodermet, bildar den största delen av rörelseapparaten, och det yttre, ektodermet, bildar nervsystem och hud samt en del brosk och ben i skallen. Dessutom har ektodermet en styrande funktion för den lokala utvecklingen av de övriga groddbladen. Drygt två veckor efter konceptionen har de tre groddbladen organiserats och orienterats kraniokaudalt och dorso-ventralt. Den fortsatta utvecklingen sker sedan i bålen i kranio-kaudal riktning och i extremiteterna på motsvarande sätt proximodistalt. Efter tre veckor börjar mesodermet kondenseras till ett drygt fyrtiotal pariga cellmassor, somiter, från vilka den fortsatta utvecklingen sker på ett segmentellt sätt. Eftersom organ och kroppsdelar anläggs tidigt i embryonalperioden, är många missbildningar resultatet av störningar under de första veckorna (tabell 2.6).
Axiala skelettet Det axiala skelettet (kotor, revben och skallben) börjar anläggas redan kring den 15:e embryonaldagen, då neuralsträngen (notokorden) anläggs. Embryot är då knappt 2 mm långt, och notokorden förlöper som en längsgående sträng kring vilken kotorna kommer att anläggas. Notokorden kommer senare att till största delen tillbakabildas, men den kommer att vara kvar som bland annat nucleus pulposus, det centrala partiet i diskarna mellan kotorna. Mellan den 20:e och 30:e dagen har cellerna i somiterna utvecklats till de delar som ska bli ske-
lett och muskulatur, sklerotom respektive myotom. Vid 5 veckor efter befruktningen är fostrets segmentella anordning iögonenfallande. Redan nu börjar kotorna anta sin karakteristiska form, och anlagen för revbenen har bildats. Varje kotkropp bildas initialt från två angränsande somiter, så att det sker en fasförskjutning mellan skelett- och muskelanlag [BILD 2.3]. Anlaget för nervsystemet ligger initialt dorsalt om mesodermet och notokorden. Ryggmärgen och kotorna bildas genom en komplicerad process, där ektodermet först bildar en längsgående ränna som sluts till ett rör, som sedan täcks av de multipla anlagen till kotornas bakre partier. De laterala delarna – som i halsen bildar främre delen av tvärutskotten, i bröstryggen revbenen och i ländryggen tvärutskotten – anläggs separat. Mot denna bakgrund är det inte förvånande att individuella variationer och missbildningar är vanliga i ryggen. Exempel på kliniskt betydelsefulla missbildningar är anläggningsrubbningar av kotorna, som kan ge tilltagande deformiteter, och bakre defekter som kan vara förenade med neurala missbildningar som ryggmärgsbråck, där kotornas bakre delar kan saknas och ryggmärgen ligga fri.
TABELL 2.6. Exempel på extremitetsmissbildningar.
Adaktyli
Avsaknad av samtliga fingrar/tår på en extremitet
Ameli
Avsaknad av extremitet
Fokomeli
Kort, missbildad extremitet (liknande sälfenor)
Hemimeli
Distal underutveckling av extremitet
Meromeli
Partiell avsaknad av extremitet
Polydaktyli
Övertaliga fingrar eller tår
Syndaktyli
Fusion mellan fingrar eller tår
BILD 2.3. De segmentellt anordnade sklerotomen (2) delar sig: de kraniella och kaudala delarna av två närliggande anlag bildar tillsammans en kotkropp (4). Celler i anslutning till delningsplanet (3) bildar anulus fibrosus (6). Notokorden (1) kvarstår endast som nucleus pulposus (5).
30
DEL_1_009_336.indd 30
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
Extremiteterna Vid 28 dagar efter befruktningen är armanlagen synliga och de nedre extremiteterna börjar framträda som små knoppar [BILD 2.4]. Under de närmaste dygnen växer armanlagen så att de vid dag 31 är framåtböjda, de pekar distalt, och det område som ska bli händer har börjat plattas till. På den 33:e dagen är handsegmenten urskiljbara medan foten ännu inte har bildats. Vid dag 41 är fingrarna synliga som rundade cylindriska områden, separerade av tunn bindvävnad; fingrarna separerar till dag 44. Även armbåge och knä syns, men de pekar båda lateralt. Under den fortsatta utvecklingen kommer de att rotera åt olika håll: den övre extremiteten roteras utåt, så att armbågen pekar bakåt, medan den nedre roteras inåt så att knäet kommer framåt. Detta återspeglas av utbredningen av dermatomen, dvs. de områden som försörjs av en viss nervrot. I den övre extremiteten har dermatomen ett mer längsgående förlopp, medan de på den nedre får en snett förlöpande polkagrisrandning [BILD 2.5]. De flesta ben bildas i broskanlag, enkondral benbildning, vilket är ändamålsenligt eftersom brosk kan växa genom att svälla och deformeras, medan växande benvävnad hela tiden måste brytas ner för att kunna byggas om. De broskanlag som ska utvecklas till ben får tidigt sin karakteristiska form.
2
Femur, ursprungligen knappt en mm lång, har väsentligen samma form när det är en halvmeter, vilket kräver en förfinad lokal och regional styrning av både tillväxt och nedbrytning. Några få ben, som nyckelben och skallens platta ben, anläggs i stället i bindväv, intramembranös benbildning. Likheterna är emellertid större än skillnaderna, och här kommer endast den enkondrala benbildningen att beröras. Utvecklingen av extremiteterna sker till största delen genom lokal celldelning snarare än genom invandring av celler. Ett av de första momenten är en kraftig mitotisk aktivitet av ektodermala celler som bildar en ås (apical ectodermal ridge) på toppen av extremitetsanlaget. Åsen är nödvändig för den fortsatta utvecklingen genom att den initierar och koordinerar extremiteternas fortsatta utveckling. Om man i ett tidigt skede experimentellt tar bort åsen sker ingen extremitetsutveckling. Genom att kirurgiskt manipulera den ektodermala åsen på exempelvis kycklingfoster kan man dubblera eller ta bort enstaka ben eller segment. Efter hand kan extremiteterna utvecklas vidare autonomt, utan den ektodermala åsen. Det sker hela tiden en växelverkan mellan de mesodermala och ektodermala cellerna. Det bestäms tidigt i vilken riktning de mesenkymala cellerna ska utvecklas. De blivande broskcel-
BILD 2.4. Extremiteternas utveckling.
A I början av 4:e veckan framträder extremitetsanlagen (1). B I anlagets ände finns en cellansamling (2) som styr utvecklingen av det tillväxande anlaget (3). C I mitten av 4:e veckan börjar mesenkymet kondensera till de olika skelettdelarna, underarmsben (4), fingrar (5). D Vid 6 veckor kan man särskilja broskförlagor till de framtida benen, karpus (6), radius (7), ulna (8), humerus (9). E I 6:e veckan kan man urskilja broskmodeller till de flesta skelettdelar i övre extremiteten, metakarpalben (10), falanger (11), karpus (6), radius (7), ulna (8), humerus (9), armbåge (12), skapula (13).
31
DEL_1_009_336.indd 31
2014-06-09 09.11
2
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 2.5. Dermatomkarta. Den ytliga sensibiliteten är segmentellt anordnad. Det finns dock individuella variationer, varför nivålokalisationen inte blir helt säker.
lerna är centralt belägna, omgivna av muskelceller. Vid dag 36 börjar nerver och kärl växa in i muskelanlagen. Under den följande veckan kommer de centrala mesenkymala cellerna att bilda broskliknande vävnad, med början i mitten av humerus och sedan i radius och ulna. Vid dag 41 sträcker sig en broskcylinder från skapula till underarmen, omgiven av en hinna, perikondrium, samt av innerverad och vaskulariserad muskulatur. Den ektodermala åsen, som uppträdde vid dag 31, har nu separerat i fem delar som styr utvecklingen av fingrarna. Åsen försvinner vid dag 44, då det blivande handskelettet börjar omvandlas till brosk.
Rörbenen Vid slutet av embryonalperioden har extremiteternas delar bildats och armar och ben har fått sin karakteristiska form. Det har nu gått ungefär fyra veckor från det att den första utbuktningen på embryot indikerade extremitetsanlagen [BILD 2.4]. Några dagar senare bildas det en benmanschett runt mitten av humerus broskanlag [BILD 2.6]. Broskcellerna centralt i broskmodellen delar sig och förstoras varefter flertalet genomgår programmerad celldöd (apoptos). Samtidigt förkalkas matrix (intercellularsubstansen). Det kan då växa in kärl och celler som bryter ner delar av det förkalkade brosket. Med kärlen vandrar också benbildande
32
DEL_1_009_336.indd 32
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
celler, som på byggnadsställningen av det förkalkade brosket anlägger det primära spongiösa benet. Efter hand omformas benets mellanparti till en struktur som liknar det färdigbildade benet, med omgivande kompakt, kortikalt ben och centralt en lucker kärna bestående av trabekulärt ben, som innehåller benmärg. Normalt är primära förbeningscentra i de flesta ben utvecklade vid födelsen. Förbeningen expanderar tills det bara återstår brosk i benets ändar, epifyserna. Broskepifysernas centrala områden omvandlas så småningom på samma sätt som diafyserna: brosket förkalkas, kärl växer in och för med sig benbildande celler. Förkalkningen är en förutsättning för brosknedbrytningen: vid mineraliseringsstörningar som rakit ansamlas mängder av icke-förkalkat brosk som hämmar tillväxten. Centralt i epifyserna bildas sekundära bencentra. Vid födelsen har det bara utvecklats på några få ställen (tabell 2.7), som i proximala humerus och distala femur. Bildningen av sekundära bencentra sker med en viss grad av lagbundenhet, vilket kliniskt kan utnyttjas för åldersbestämning och för att bedöma kvarvarande tillväxtpotential [BILD 2.8 och 2.10]. Under de första åren kommer
2
en stor del av barnets skelett att bestå av brosk, som inte framträder på röntgenbilder, vilket bland annat försvårar diagnostiken vid skelettskador. Benkärnorna i ändarna kommer sedan att tillväxa, och under den fortsatta utvecklingen kommer brosket att successivt resorberas för att slutligen endast kvarstå i tillväxt- och ledbrosk. För att benen ska kunna tillväxa och ändå i stort behålla sin form måste överflödig vävnad avlägsnas [BILD 2.7 och 2.11]. Denna process, modelleringen, är till största delen genetiskt styrd, men den är även beroende av yttre faktorer, framför allt belastning. Som exempel kan man nämna att det vid en medfödd höftluxation sker en underutveckling inte bara av leden utan också av hela femur, framför allt den TABELL 2.7. Förekomst av benkärnor vid partus. LOKALISATION
FÖREKOMST (%)
Talus
100
Calcaneus
100
Distala femur
99
Proximala femur
80
Proximala humerus
47
Cuboideum
45
BILD 2.6. Benen anläggs i broskmodeller. Schematisk illustration av enkondral förbening och utvecklingen av ett rörben. A Broskmodell B Runt mitten av benet sker det en manschettformad förbening subperiostalt C Brosket innanför ringen förkalkas D Kärl växer in, brosket resorberas och ersätts med ben. Vid övergången diafys—metafys kvarstår tvärgående benplattor E, F Förbeningen fortsätter och blodkärl växer in för att bilda benkärnor i epifysen G, H Benkärnorna tillväxer, så att det endast kvarstår brosk i fys och ledbrosk I Den nedre tillväxtplattan är nu sluten J Längdtillväxten avstannar när fyserna slutits
33
DEL_1_009_336.indd 33
2014-06-09 09.11
2
Del 1. Allmän ortopedi
B BILD 2.7. Enkondral benbildning. Höftleden hos ett foster (A) och en tonåring (B). A
proximala delen av den onormala belastningen. På liknande sätt blir skelettet vid en ensidig förlamning tunnare på den sjuka sidan än den friska.
spalt har därför associerats med kortisonexposition. Medfödd bristande utveckling av leder kallas artrogrypos [BILD 2.9].
Lederna Utvecklingen av de olika kroppsdelarna kräver att anlagen separeras, exempelvis då leder bildas och fingrar separerar. Det åstadkommes genom apoptos som är en aktiv process. Lysosomala enzymer frisätts och bryter ner vävnaden. Glukokortikoider stabiliserar lysosommembranen, och missbildningar som syndaktyli (sammanväxta fingrar) och gom-
BILD 2.8. Förbening av crista iliaca-apofysen börjar vid spina iliaca superior anterior och fortskrider medialt, vilket kan användas för att bedöma en persons kvarvarande tillväxt. Man kan grovt dela in förloppet i 5 stadier: Risser 1—4 delar in crista i fjärdedelar och Risser 5 innebär att hela apofysen har fusionerat.
BILD 2.9. Artrogrypos. Kongenitala ledkontrakturer på grund av medfödd bristande separering av led kan ha många orsaker. Vad som är viktigt att veta är att tillståndet ofta är associerat med andra missbildningar och att det tidigt kräver specialbehandling. Foto: Bertil Romanus.
34
DEL_1_009_336.indd 34
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
2
BILD 2.10. Uppträdande av sekundära benkärnor. Barn är inte små kopior av vuxna. Barnskelettet består till stor del av brosk. Tillväxten sker genom att brosket successivt ersätts med ben. Medianvärden anges för uppträdande av sekundära benkärnor och slutning av fyser. Det föreligger stora individuella variationer: spannet mellan 5:e och 95:e percentilen kan vara flera år. Pojkar ligger cirka ett år efter i skelettmognad. Benkärnor och fyser har betydelse för differentialdiagnostiken vid frakturer. Man har här hjälp av jämförelser med den oskadade sidan. Skelettmognaden kan även användas för att uppskatta patientens kvarvarande tillväxt (å = år, m = månader).
Övre extremiteten 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
Pojkar 17 å f f 18 å 15–18 å 10–12 å 0–3 m 6 m–2 å 3–5 å 12 å 5m 9å 7å 10 å 5å 10–12 å 1å 6å 5½ å 6m 6å 5å 4å 2½ å 11 å 6 m1/2 2½ å 5 m–21/2 å 11/2 å 1–11/2 å 5 m–21/2 å 5 m–21/2 å 11/2 å
Flickor 17 å f f 18 å 15–18 å 10–12 å 0–3 m 3 m–1½ å 3–5 å 11 å 4m 8å 5å 8å 4å 10–12 å 1å 5å 4½ å 6m 4å 4å 4å 13/4 å 9å 6m 12/3 å 5 m–2½ å 1å 1–1½ å 5 m–2½ å 5 m–21/2 å 1å
Nedre extremiteten 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pojkar Puberteten 13–15 å 18–20 å 13–15 å 10–13 å 13–15 å 12 å 3å 4m f 4–5 å 4å
Flickor Puberteten 13–15 å 18–20 å 13–15 å 10–13 å 13–15 å 11 å 3å 4m f 3å 3å
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Pojkar f 7–15 å 1å 6m f f f 3å 3–5 m 2½ å 2å
Flickor f 7–15 å 9m 6m f f f 2å 3–5 m 2å 1½ å
35
DEL_1_009_336.indd 35
2014-06-09 09.11
2
Del 1. Allmän ortopedi
Lederna bildas sålunda genom att broskcellerna mellan två blivande separata ben dör och ersätts av en ledhåla. De lokala cellerna specialiseras sedan till ledbrosk, menisker och ledhinna. Utvecklingen kan delas i tre stadier: segmentering, bildning av ledhåla och utveckling av de intraartikulära strukturerna. Vid dag 36 börjar cellerna mellan anlagen för skapula och humerus att skiktas: mellan två tätare lager av platta celler, som är arrangerade parallellt med epifysen och som sedan blir ledytor, bildas ett centralt cellfattigare område, den blivande ledhålan. Denna bildas genom sammansmältning av ett flertal smärre håligheter som uppkommer genom vävnadsnedbrytande enzymer. Vid fetalperiodens
början, omkring dag 60, har ledhålor bildats i de större lederna. Bildningen av lederna är beroende av att de lokala bindvävscellerna på ett tidigt stadium determineras till att utvecklas till ledstrukturer. Om man på djur experimentellt avlägsnar det blivande ledområdet utvecklas ingen led, utan de ingående benen smälter samman. Men utvecklingen är också beroende av yttre, framför allt mekaniska, faktorer. Embryots muskulära aktivitet börjar utvecklas samtidigt som lederna, och neuromuskulära störningar har troligen stor betydelse för uppkomsten av deformiteter som exempelvis klubbfot och artrogrypos. Om man experimentellt på kycklingembryo under en kritisk tid på 1–2 dygn, då
BILD 2.11 A: Fysen bildar förkalkade broskrör (a) på vilka det kan bildas nytt ben; på så sätt sker längdtillväxten. Epifysen tillväxer i sidled genom enkondral tillväxt (b). Vid tillväxten förskjuts fysen från diafysen. För att benet ska behålla sin form under tillväxten sker det ett samspel mellan benbildning och bennedbrytning: när benet växer sträckan X mellan tidpunkterna 1 och 2 resorberas periferin av den gamla epifysen, vars centrum delvis kommer att ingå i diafysen (B).
A
B
36
DEL_1_009_336.indd 36
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
lederna utvecklas, slår ut den muskulära aktiviteten med curare uppkommer deformiteter och leddefekter. De icke-broskklädda delarna av ledkaviteterna täcks snart av makrofagliknande och av synoviala celler, synovialis, som dels producerar synovia, ledvätska, innehållande bland annat hyaluronan. Ledhinnan, synovialis, är inget epitel; cellerna är inte fast förankrade till varandra på ett basalmembran, utan de synoviala cellerna ligger mer löst utspridda på en lucker bindväv, rikligt försedd med kärl och nerver. Det förklarar att ledhinnan kan regenerera, exempelvis efter synovektomi, kirurgiskt avlägsnande av ledhinnan. Vidare förklarar det att lågmolekylära ämnen, som antibiotika, passerar synovialis och i de flesta fall uppnår samma koncentrationer i synovia som i serum. Efter hand utvecklas ett yttre, mer fibröst skikt av ledhinnan, och allt efter de lokala mekaniska förhållandena kondenseras bindväven till ledband vid belastande områden. I andra delar av leden bildar ledhinnan utbuktningar, recesser och bursor.
2
fortsatta tillväxten efter partus sker inte likformigt över tiden. Tillväxthastigheten är hög strax efter födelsen, avtar under småbarnsåren och är ganska låg fram till perioden strax före puberteten, då det sker en kraftig tillväxt, följd av tillväxtzonernas slutning. Genom att mäta ett stort antal barns längdtillväxt har man visat att tillväxten är lagbunden [BILD 2.12, 2.13]. En enskild individ har sitt speciella tillväxtmönster; kraftiga avvikelser tyder ofta på sjukdom eller tillväxtrubbning av annan orsak. Längdtillväxt, cm/år 22 20 18 16 14 12 10 8 6
Tillväxt
4
Under den fortsatta tillväxten av skelettet sprider sig förbeningen från benmanschetten mot ändarna, men tillväxtbrosk kvarstår i benets ändar, i tillväxtplattorna och i ett tunt lager under ledbrosket. Den
2 F
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Ålder, år BILD 2.12. Tillväxtkurvor.
BILD 2.13. Kroppsproportionerna 0
2
6
12
25
förändras under tillväxten.
37
DEL_1_009_336.indd 37
2014-06-09 09.11
2
Del 1. Allmän ortopedi
Tillväxtbrosk Att benen tillväxer i sina ändar beskrevs i mitten av 1700-talet av John Belchier, kirurg vid Guy’s Hospital i London, som efter en god middag studerade de väl avgnagda köttbenen på tallriken. Han upptäckte då ett antal tvärgående rödaktiga band vid benens ändar, vilket han sedan experimentellt kunde visa berodde på att djuren under perioder hade fått en föda som innehöll ett speciellt färgämne. Benens längdtillväxt sker sålunda huvudsakligen i specialiserade broskplattor (fyser) i ändarna av de långa rörbenen. Benvävnad kan bara växa på befintliga ytor, s.k. appositionell tillväxt. Det är en långsam process, maximalt några μm per dygn, några få mm per år – en helt benbaserad längdtillväxt skulle därför generera få basketstjärnor. Brosk är däremot inte lika beroende av god blodförsörjning, och eftersom det kan deformeras och växa genom att utvidgas kan det växa mycket snabbare, 200 μm eller mer per dygn. Tillväxtzonernas funktion är att producera förkalkade rör som tjänar som byggnadsställningar för de inväxande bencellerna. Deras funktion är genetiskt bestämd men även beroende av endokrin styrning liksom av lokala faktorer som tillväxtfaktorer och belastning. Det är dock ett mysterium hur de olika tillväxtzonernas aktivitet kan koordineras över en tidsperiod på nästan två decennier – från fosterlivet fram till dess att fyserna sluts i tonåren.
A
B
BILD 2.14. Fysen: Normal fys: vilozon (V), proliferations-
Fysens zoner. Fyserna är uppbyggda av fyra zoner
zon (P), hypertrofizon (H), förkalkningszon (K), resorptionszon (R). B: Rakit: förkalkningen är hämmad, vilket ger en långsam tillväxt. Lägg märke till att hypertrofizonen är förtjockad.
[BILD 2.14]. Vilozonen utgör cirka 10 % av fysens volym och är ett reservlager av celler som inte i någon större utsträckning deltar i tillväxten. Vilozonen är hårt förankrad till en tvärgående benplatta i epifysen. Över 80 % av vilozonens volym består av matrix. Nästa zon, proliferationszonen, som utgör cirka 30 % av fysens volym, karakteriseras av celldelning, framför allt i sin övre del. Cellerna [BILD 2.16 A] formerar sig efter hand i regelbundna kolumner så att matrix ordnas i kompartment, en organisation som sedan blir genomgående i de två följande zonerna. Närmast cellerna finns en lucker bindväv, det territoriella matrix; den övriga bindväven är tät och fibrös och kallas
interterritoriellt matrix. Den är uppbyggd som ett stort antal rör, longitudinella septa, vilka förlöper parallellt med benets längsriktning och svarar för tillväxtbroskets hållfasthet. Mellan cellerna finns transversella septa som delar in rören i fack, vardera innehållande en cell. Cellerna är här mycket metabolt aktiva. Cellerna förstoras successivt, och i hypertrofizonen antar de en rundad form. Här sker den största delen av volymexpansionen: en cirka tiofaldig ökning av cellvolymen och en trefaldig ökning av matrixvolymen. Gränsen till den nedersta zonen, förkalkningszonen, markeras av
38
DEL_1_009_336.indd 38
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
2
det ju inte ske någon längdtillväxt. I stället är det naturligtvis så att en enskild broskcell bibehåller sin position och att det är de nytillkomna cellerna som förskjuts åt ändarna genom cellernas och matrix expansion. Matrix. Tillväxtbroskets matrix är i princip upp-
BILD 2.15. Fysiolys, avlösning (fysiolys) av tuberositas tibiae (pilar). Separationen sker oftast i anslutning till förkalkningszonen och tillväxten förblir då intakt.
förkalkningar i de longitudinella septa. Förkalkningszonen utgör cirka 15 % av fysens volym. I gränsen mot metafysen perforeras de tvärgående septa av kärl som växer in i rören, varvid kondrocyterna dör. Till skillnad från annat brosk är fysen väl blodförsörjd. Men nutritionen kommer nästan uteslutande från de epifysära kärlen; om de skadas, exempelvis vid fraktur, kan cellerna i vilo- och proliferationszonerna dö, vilket gör att tillväxten i det drabbade området avstannar. Kärlen från metafysen kan möjligen bara försörja en liten del av den nedre fysen; deras funktion förefaller snarare mer att vara att ta del i brosknedbrytningen och benbildningen. Den nedre delen av plattan är den mekaniskt svagaste, och de flesta frakturer som drabbar fysen, fysiolyser [BILD 2.15], sker genom förkalkningszonen och skadar inte de övre zonerna. Den rikliga vaskulariseringen i området ger förutsättningar för en snabb omsättning av fysen. Hos snabbt växande djur, exempelvis nyfödda råttor, kan längdtillväxten i proximala tibia uppgå till nästan 0,5 mm per dygn, motsvarande fysens totala höjd. När man studerar bilder av fysen kan man förledas till uppfattningen att cellerna vandrar nedåt under sin mognadsprocess. Men i så fall skulle
byggt som övrigt brosk. Det består av 70–80 % vatten, och de två övriga kvantitativt viktigaste komponenterna är kollagen typ II och aggrekan, den stora aggregerande proteoglykanen. Matrix specifika funktion – att bilda ett provisoriskt byggnadsmaterial – kräver en finstämd kontroll av broskcellerna. Matrix sammansättning varierar i olika delar av fysen genom att cellerna ändrar sitt syntesmönster allteftersom de mognar. Exempelvis ändras kollagensammansättningen. Förutom kollagen II börjar cellerna i proliferationszonen producera kollagen IX och XI, och i hypertrofizonen kollagen X i ökande grad. Samtidigt minskar proteoglykankoncentrationen liksom också proteoglykanernas förmåga att bilda aggregat. Det är nödvändigt för att brosket snabbt ska kunna förkalkas och brytas ner. Normalt är brosk resistent mot både förkalkning och kärlinväxt, något som är en förutsättning för tillväxten, och för att tillväxten ska kunna regleras måste dessa faktorer hållas under strikt kontroll. I elektronmikroskopet [BILD 2.16 B] kan man se att det i matrix finns en mängd små kroppar, matrixvesikler, begränsade av cellmembran. Sannolikt härstammar de från sönderfallande broskceller, men det kan även finnas specifika populationer som bildas genom avknoppning från cellmembranen. En teori är att de tidigaste förkalkningarna skulle ske i matrixvesiklerna, som innehåller fosfataser och fosfolipider, vilket skulle ge en mer gynnsam miljö för förkalkning jämfört med i matrix, där det finns en mängd hämmande faktorer. Detta styrks av att koncentrationen matrixvesikler sjunker parallellt med förkalkningen. Men det finns alternativa förklaringsmodeller där andra matrixkomponenter, exempelvis kollagen eller fosfoproteiner, skulle verka som de kristallisationskärnor som initierar mineraliseringen. Det är ju heller inte uteslutet att den39
DEL_1_009_336.indd 39
2014-06-09 09.11
2
Del 1. Allmän ortopedi
A
B
BILD 2.16. A: Scanningelektronmikroskopisk bild av isolerad cell från tillväxtbrosk.
B: Transmissionselektronmikroskopisk bild av brosk: matrix (M), cell (C), cellkärna (K), endoplasmatiskt retikel (E), Golgiapparat (G).
na viktiga mekanism regleras på flera sätt. Den snabbaste tillväxten sker strax efter partus, varefter den avtar fram till strax före puberteten då förhållandena mellan könshormonerna ändras. Broskcellerna stimuleras då till den prepubertala tillväxtspurten, följd av tillväxtzonernas slutning. Längdtillväxten regleras genom ett komplicerat samspel mellan hormoner och tillväxtfaktorer. Styrning. Tillväxthormon (GH, growth hormone)
stimulerar tillväxten på flera sätt; dels har det en direkt stimulerande effekt på vilande broskceller, dels verkar tillväxthormon indirekt genom att stimulera bildningen av en insulinliknande tillväxtfaktor, IGF-I, som bildas främst i levern men även lokalt i vävnaden. IGF-I stimulerar cellerna till delning och differentiering. En liknande modulerande funktion har även tillskrivits steroidhormonet kalcitriol, 1,25(OH)2D3, liksom ett ständigt ökande antal tillväxtfaktorer vilkas relativa betydelse in vivo ännu är okänd. Fram till att tillväxtplattan sluts efter puberteten kommer nya broskceller att bildas, hypertrofiera och dö. Härigenom kommer broskplattan i benets ändar att förskjutas i riktning från diafysen. Varje tillväxtplatta har sitt speciella tillväxtmönster, och slutningen av tillväxtplattorna sker enligt ett mönster som man kan utnyttja för åldersbestämning och prognostisering av kvarstående tillväxt. Ett kliniskt exempel är till-
växtzonerna på crista iliaca som sluts parallellt med kotornas viktigaste tillväxtzon, något man använder sig av vid bedömning av kvarvarande tillväxt [BILD 2.7]. Fysen omges av en manschettring av membranöst ben, Ranviers ring, som förefaller ha en mekanisk roll i regleringen av tillväxten. Vid defekter i ringen kan tillväxten ske i fel riktning, snett åt sidan i stället för longitudinellt, vilket kan ge benutväxter, osteokartilaginära exostoser. Tillväxtrubbningar. Många sjukdomar drabbar till-
växten. I barnhälsovården mäter man rutinmässigt bland annat kroppslängd och vikt och för in dem på speciella kurvor. Avvikande tillväxt är en känslig indikator på sjukdom. Vid olika hormonella rubbningar får broskcellerna felaktig information genom att deras receptorer över- eller understimuleras. Vidare är tillväxthämning vanlig vid diverse bristtillstånd och malabsorptionssjukdomar. Den klassiska D-vitaminbristrakiten är numera sällsynt i utvecklade länder, men det förekommer en rad olika renala rubbningar som ger likartade symtom i form av förtjockade metafyser och diverse deformiteter som varierar med barnets ålder. Vid medfödda rubbningar i ämnesomsättningen kan tillväxten hämmas till följd av enzymdefekter som kan störa syntesen av broskmatrix olika komponenter. Det finns ett drygt hundratal medfödda
40
DEL_1_009_336.indd 40
2014-06-09 09.11
Skelettets utveckling och tillväxt
tillväxtrubbningar (skelettdysplasier) beskrivna – samtliga mycket sällsynta. Dessa tillstånd är obotliga, men en exakt diagnostik är angelägen för prognos och genetisk rådgivning. Dessutom kräver syndrombarn speciella överväganden, bland annat ökad risk för andra organmissbildningar, och deformiteter hos dysplasipatienter får inte behandlas på samma sätt som en förvärvad eller lokaliserad sjukdom. Parallellt med längdtillväxten sker det även en ombyggnad av benet, men varje ben behåller sin karakteristiska form. Hur denna modellering regleras är okänt; förmodligen måste det finnas system av lokala tillväxtfaktorer som styr. Det föreligger dock en genetisk styrning av anlaget; tar man ut ett femuranlag tidigt och odlar det i provrör tillväxer det och bibehåller väsentligen sin karakteristiska form. Genom den genetiskt styrda modelleringen kan även felställningar efter frakturer i viss mån korrigeras spontant, vilket sker genom att tillväxtplattan strävar efter att återta en ställning som är vinkelrät mot belastningen. På något sätt kan cellerna i den övre delen av tillväxtplattan registrera de mekaniska krafterna. Sannolikt sker det både en stimulering och hämning på vardera sidan om felställningen. Vilken grad av felställning som kan korrigeras beror på flera faktorer: först och främst på hur mycket kvarvarande tillväxt den skadade har – små barn har större möjligheter att räta ut felställningar. Vidare har organismen lättare att korrigera felställningar som ligger nära leden, medan frakturer genom diafysen korrigeras betydligt sämre. Efter en fraktur som läkt med felställning sker det så småningom en ombyggnad av benets kontur, så att frakturkanterna jämnas av och benets kontur framträder mer normalt. Detta innebär dock inte att felställningen i sig ändras, utan bara att den inte syns lika väl.
3
3
Bindväv
Det finns tre huvudtyper av bindväv: brosk, ben och fibrös vävnad. De består alla av blandningar av kollagener bundna till andra proteiner som ger vävnaderna deras specifika egenskaper beroende på fibertyp och innehåll av proteoglykaner och mineral. Förutom på byggstenarna beror de mekaniska egenskaperna även på arkitekturen. Brosk innehåller cirka 70 % vatten som är hårt bundet till negativt laddade proteoglykaner, vilka i sin tur är mycket kraftigt komprimerade i kollagennätverk. Ledbroskets huvudsakliga funktion är att tillgodose en optimal glidyta där friktionen blir minimal och belastningen fördelas över stora volymer. Utan brosk går det underliggande benet snart sönder. Ben är både hårt och elastiskt, och dess styrka och hållfasthet beror till stor del på att benvävnaden är arrangerad i lameller och balkar på ett sätt som optimerar hållfastheten och elasticiteten. Benomsättningen är unik; vävnaden bryts fullständigt ner av osteoklaster och ersätts sedan med helt ny vävnad som tillverkas av osteoblaster. De två celltyperna kommunicerar via speciella signalproteiner. Dessutom finns tillväxtfaktorer deponerade i benvävnaden som kan exponeras vid vävnadsskada, exempelvis fraktur. Benet är även under hormonell kontroll och tjänar som depå för kalcium och andra mineraler. Fibrös bindväv, exempelvis fascia och senor, består mest av kollagenfibrer som tjänar till att fördela och transferera mekaniska krafter. Förutom den mekaniska styrkan är glidytorna viktiga för funktionen. Alla celler har specialiserade proteiner som ombesörjer rörlighet. Muskler är sammanslagningar av celler som bildat stora aggregat av kontraktila element, vilka är beroende av fungerande kärl-/nervfunktion. 41
DEL_1_009_336.indd 41
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
Bindväven är konstruerad som moderna kompositmaterial. När man inom exempelvis bygg- och flygplansindustrin fick behov av att göra nya och lättare konstruktioner kom man snart underfund med att om man kombinerade olika material, som glasfiber och plast, fick det nya materialet helt andra egenskaper än de ingående komponenterna. I ben ger kollagentrådarna seghet och draghållfasthet, medan mineralkristallerna ger hårdhet och motstånd mot kompression [BILD 3.1]. Utan de armerande kollagentrådarna skulle benet vara sprött som krita. Samtidigt är hållfasthet inte bara en fråga om materialegenskaper utan i hög grad även en konstruktionsfråga. Vävnaden anläggs och omorganiseras sedan kontinuerligt efter de mekaniska belastningar som verkar på den. Kliniska exempel på att i sig prima byggstenar anlagda på ett oordnat sätt ger bräckliga konstruktioner är osteopetros och Pagets sjukdom.
Celler Cellerna kan inte bara anpassa sig efter omgivningen utan de kan också påverka sin omgivning. I provrör uppför sig bindvävsceller olika beroende på om de får en yta att fästa sig till eller om de får flyta fritt i en lösning. De reagerar även på mekaniska stimuli; lägger man en mekanisk dragkraft över en odling av bindvävsceller ordnar de sig linjärt i dragriktningen och bildar en senliknande vävnad. Man kan också visa att odlade broskceller stimuleras till ökad metabolism av intermittent yttre tryck, påminnande om det som verkar på ledbrosk. Uppenbarligen kan cellerna känna av belastning, och det måste på något sätt ske en samordning av cellerna inom ett större område. Det faktum att förändringarna kan begränsas till lokal/regional nivå talar för att det är fråga om lokala stimuli. Man har under senare år identifierat en rad tillväxtfaktorer, små proteiner som har aktiverande eller hämmande effekter på cellerna in vitro, men mycket är ännu oklart om deras biologiska roll och hur ett mekaniskt stimulus omsätts i ett biologiskt svar.
Matrix
A
B BILD 3.1. Om man tar bort mineralet från ett ben (A), till exempel genom att lägga det i syra, blir det mjukt och böjligt (B).
Intercellulärsubstansen som omger cellerna kallas matrix. Bindväven utgörs till största delen av matrix, som är ett molekylkomplex där ett stort antal olika ämnen ingår; över hundra komponenter varav flertalet har okänd funktion. Den kvantitativt största komponenten i de flesta vävnader är vatten, i storleksordningen 60–80 % (ben 10–20 %). Därnäst kommer kollagen, ett samlingsnamn för knappt trettio olika proteiner, vilka tillsammans utgör ungefär en fjärdedel av kroppsvikten. De fiberbildande kollagenerna bildar nätverk som ger stadga och hållfasthet. Alla kroppens vävnader innehåller likartade matrixmolekyler, men mellan olika specialiserade vävnader skiljer sig molekylerna något i fråga om uppbyggnad och inbördes koncentration. Som exempel kan nämnas proteoglykanerna som finns i små mängder i all bindväv men som är speciellt rikligt förekommande i brosk
42
DEL_1_009_336.indd 42
2014-06-09 09.11
Bindväv
där en speciell subtyp, aggrekan, bildar jättelika aggregat som gör att vävnaden kan deformeras och efteråt återgå till sin ursprungliga form. Kollagen. Som tidigare nämnts finns det ett trettio-
tal kollagentyper beskrivna (tabell 3.1). Typ I, II, III och V bildar makromolekylära fibriller, medan de övriga är lågmolekylära och förekommer i mindre mängder men förmodligen med viktiga specialfunktioner, bland annat i regleringen av processer som förkalkning, fibrillbildning och stabilisering av fibrillerna. Kollagen I är vanligast förekommande och finns i många olika typer av bindväv, bland annat skelett och hud. Kollagen II förekommer i brosk. Dessa båda typer bildar fibrer som ger bindväven dess styrka; per viktenhet har en kollagentråd en draghållfasthet jämförbar med stålets. Kollagen I och II innehåller något olika kedjor, vilket ger dem olika struktur: typ I är grövre, men båda har samma principiella uppbyggnad [BILD 3.2]. De består av polyme-
3
rer av kollagenmolekyler som bildar långa spiralvridna trådar. Kollagen I består av en alfa1(I)-kedja och två alfa2(I)-kedjor, som kodas från kromosom 17 och 7. Initialt syntetiseras en prekursor, prokollagen, som har en molekylvikt på cirka 160 000 dalton (Da) och ett utseende som påminner om en smällkaramell: ett rakt mellanstycke med två fransiga ändar. Innan kedjorna kan förenas klipps ändarna av och då bildas det en tropokollagenmolekyl som är cirka 300 nm lång och har en diameter på 1,5 nm. De avkluvna ändstyckenas funktion kan vara att förhindra att molekylerna polymeriserar okontrollerat i cellerna. Tropokollagen har nämligen en stark benägenhet att bilda polymerer. Polypeptidkedjorna har en unik uppbyggnad där var tredje aminosyra är glycin, som är den minsta aminosyran. Denna uppbyggnad gör att kedjorna kan packas längsgående och anta en spiralform. Kollagen har även en hög halt prolin som oftast följer direkt efter glycin. Den principiella uppbyggnaden av kollagen kan sålunda skrivas som en repetition
TABELL 3.1. Kollagenerna är de vanligast förekommande proteinerna i djurriket, och de har också i hög grad bevarats under evolutionen. Det finns åtminstone 30 kollagengener hos människan, vilka kan kombineras till över 20 olika kollagentyper. De vanligaste är de fibrillbildande typ I, II och III. Typ IV bildar tvådimensionella nätverk i basalmembranen. Grundstrukturen för typ I är 300 nm långa stavliknande formationer som bildas av tre kedjor där var tredje aminosyra är glycin. Kollagenstrukturen är så hårt packad att det inte finns utrymme för så många strukturella variationer. TYP
KEDJA
GENER
STRUKTUR
LOKALISATION
I
[α1(I)]2[α(I)]
COL1A1, COL1A2
300 nm långa, 67 nm-bandade fibriller
Hud, sena, ben, etc.
II
[α1(II)]3
COL2A1
300 nm, små 67nm-fibriller
Brosk, öga
III
[α1(III)]3
COL3A1
300 nm, små 67 nm- fibriller
Hud, muskel, ofta med typ I
IV
[α1(IV)2[α2(IV)]
COL4A1—COL4A6
390 nm C-terminal globulär domän, nätverk
Basalmembran
V
[α1(V)][α2(V)][α3(V)]
COL5A1, COL5A2, COL5A3
390 nm N-terminal globulär domän, små fibrer
Allmänt i bindväv, med typ I
VI
[α1(VI)][α2(VI)][α3(VI)]
COL6A1, COL6A2, COL6A3
Mikrofibriller, globulära domäner
Allmänt i bindväv, med typ I
VII
[α1(VII)]3
COL7A1
450 nm, dimer
VIII
[α1(VIII)]3
COL8A1, COL8A2
IX
[α1(IX)][α2(IX)][α3(IX)]
COL9A1, COL9A2, COL9A3
200 nm, globulär domän, binder proteoglykan
Brosk, med typ II
X
[α1(X)]3
COL10A1
150 nm, globulär domän
Hypertrofierande och mineraliserande brosk
300 nm, småfibrer
XI
[α1(XI)][α2(XI)][α3(XI)]
COL11A1, COL11A2
XII
α1(XII)
COL12A1
Epitel Endotel
Brosk Interagerar med I och III
43
DEL_1_009_336.indd 43
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 3.2. De fibrillbildande kollagenernas uppbyggnad.
A
A Tropokollagen består av tre polypeptidkedjor som tillsammans bildar en långsträckt molekyl med ett utseende påminnande om en smällkaramell. B När ändpartierna har spjälkats av polymeriserar molekylerna på ett överlappande sätt och bildar fibriller, C Kollagenmolekyl (a), övrigt matrix (b). I de områden (c) där det finns luckor kan olika ämnen bindas. Det gör att bl.a. olika histologiska färgämnen och metallsalter fastnar vid (c) men inte vid (d), så att kollagenfibrillen (e) framträder tvärrandig. D Fibrillerna stabiliseras efter hand med korsbindningar och de bildar i sin tur större fibrillenheter.
B
D C
av modulen Gly-X-Y, där X ofta är prolin och Y hydroxyprolin. Prolin, som är en aminosyra med ringformad sidokedja, behöver C-vitamin för att kunna hydroxyleras. Hydroxileringen är nödvändig för de stabiliserande korsbindningarna mellan fibrillerna. De generella symtomen vid C-vitaminbrist, skörbjugg, beror därför på en kollagendefekt i bindväven.
Kollagenmolekylerna binds parallellt och överlappande samt bildar kollagenfibriller med en diameter på 50–200 nm och en längd på flera millimeter. Om en kollagenfibrill skulle förstoras till en sytråds tjocklek, skulle den bli 50–100 meter lång. Deras regelbundna anordning gör att de i elektronmikroskopet får en typisk tvärrandning [BILD 3.3], beroende på de luckor som bildas mellan monomererna. I vävnaden är dessa luckor fyllda av andra
44
DEL_1_009_336.indd 44
2014-06-09 09.11
Bindväv
BILD 3.3. Elektronmikroskopisk bild i hög förstoring av
kollagenfibriller, som visar deras tvärrandning. En period är drygt 60 nm. De rundade strukturerna är guldkorn som är kopplade till antikroppar mot ett proteoglykan.
3
proteiner, i ben av mineral. Kollagentrådarna löper på ett ordnat sätt så att hållfastheten optimeras. Vävnadens organisation i huden avspeglas i veckbildningar och rynkor. Kliniskt är detta av betydelse, bland annat genom att man om möjligt bör lägga hudincisioner parallellt med de Langerska linjerna, vilka markerar vävnadens huvudsakliga riktning [BILD 3.4], eftersom det då blir mindre framträdande ärr. I senor ligger kollagenfibrillerna parallellt, i fascior ofta i lager med alternerande fiberriktning. I ledbrosk löper fibrillerna parallellt med ytan för att djupare ner i brosket vika av i vinkelrät riktning. Kollagentrådarnas sammansättning och polymerisering påverkas av att mindre molekyler, små proteoglykaner och matrixproteiner binds till kollagenfibrillernas yta. Funktionen hos de övriga kollagentyperna har ännu inte klart definierats, men man vet att kollagen IX, XII och XIV binder till kollagen I och II, och genom att de tapetserar fibril-
BILD 3.4. Langerska linjer som markerar hudens
huvudsakliga fiberriktning. Det är ofta fördelaktigt att lägga operationssnitt parallellt med dessa linjer: ärren blir snyggare.
45
DEL_1_009_336.indd 45
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
lernas ytor kan de tänkas ha både mekaniska och strukturella funktioner. Det finns genetiskt defekt kollagen, som exempelvis vid osteogenesis imperfecta, där några enstaka utbytta aminosyror i kollagenet kan ge ett generellt försvagat skelett [BILD 3.5]. Icke-kollagena proteiner. Kollagener och proteogly-
kaner är båda högmolekylära ämnen, men det finns även en rad andra ämnen med lägre molekylvikt, som man med ett gemensamt namn kallar för matrixproteiner (tabell 3.2). En del av dem fungerar som förankring för cellerna, andra använder sig cellerna av för kommunikation och för att kontrollera sin omgivning. Av den organiska benmas-
san är 10–15 % icke-kollagen, varav en fjärdedel – sura proteiner och polypeptider från serum – absorberats till hydroxiapatit. Proteoglykaner är föreningar av sockerkedjor och
proteiner som finns i all bindväv, men speciellt rikligt förekommer de i brosk. De behandlas därför närmare i nästa avsnitt.
Brosk Kondrocyterna, broskcellerna, utgör i de flesta brosk endast några procent av vävnadens volym [BILD 3.6—3.7]. För försörjning och kommunikation
BILD 3.5. Osteogenesis imperfecta, medfödd benskörhet, kan orsakas av ett drygt halvdussin kollagenmutationer som ger generellt defekt kollagen, vilket i sin tur kan ge olika manifestationer beroende på sjukdomens svårighetsgrad. De svåraste fallen är letala, men det finns lindrigare former. A: Patienterna får frakturer och deformiteter. B: Ofta får man korrigera felställningarna och stadga benet med en spik i märghålan. C: Multipla kotkompressioner som ger svåra symtom.
46
DEL_1_009_336.indd 46
2014-06-09 09.11
Bindväv
3
TABELL 3.2. Några icke-kollagena proteiner och proteoglykaner i ben. ÄMNE
MOLEKYLVIKT (KDA)
KONFIGURATION
FÖRMODAD FUNKTION; EGENSKAPER
Alkaliskt fosfatas
80—50
S-S-dimer
Membranbundet glykoprotein; deltar sannolikt i mineraliseringen
Biglykan
170
Monomer
Okänd; proteoglykan
Ben-sialoprotein
75
Monomer
Cellförankring; binder till mineral
Dekorin
120
Monomer
Kollagenfibrillogenes?; proteoglykan
Fibronektin
440
Dimer
Cellförankring
Osteocalcin
6
Monomer
Binder Ca2+; endast påvisat i ben och dentin
Osteonektin
35
Monomer
Cell- och Ca2+ -bindande; glykoprotein
Osteopontin
50
Monomer
Binder kalcium och hydroxiapatit; innehåller cellbindande aminosyrasekvens, av betydelse för osteoklastadhesionen
Thrombospondin
450
Trimer
Cellförankring
är cellerna beroende av diffusion. Metabolismen i brosk är till stor del anaerob, men cellerna är metabolt aktiva och syntetiserar intercellulärsubstansen, matrix, som ger brosket dess karakteristiska egenskaper. Till skillnad från andra vävnader finns det i brosk lite serumproteiner, och matrix beståndsdelar är nästan uteslutande lokalt producerade. Brosk kan liknas vid en överhydrerad gel, och de kvantitativt viktigaste komponenterna är vatten, proteoglykan och kollagen [BILD 3.8]. Brosk innehåller en speciell typ av kollagen (typ II) som bildar ett finmaskigt nät och som armerar de övriga komponenterna. Proteoglykanerna (PG) ger brosket dess specifika egenskaper. Unikt för brosk är den stora aggregerande proteoglykanen, aggrekan, som be-
L I
står av ett stort antal starkt negativt laddade kolhydratkedjor bundna till en proteinkärna. Aggrekan kan innehålla cirka 10 000 negativa laddningar, vilket gör att de olika sockerkedjorna kommer att repellera varandra och ge molekylen ett utseende påminnande om en flaskborste. Trots att brosk
BILD 3.7. Broskcellen bildar de olika makromolekylerna.
Utanför cellen fogas delarna sedan samman till de komplex som bygger upp matrix.
Övrigt Kollagen F
S
BILD 3.6. Ledbrosk. L: ledyta, I: icke-förkalkat brosk,
F: förkalkat brosk, S: subkondralt ben. Notera att brosket saknar blodkärl och nerver.
Proteoglykan
Vatten BILD 3.8. Broskets sammansättning.
47
DEL_1_009_336.indd 47
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
TABELL 3.3. Beståndsdelar i brosk. ÄMNE
EGENSKAPER, FÖRMODAD FUNKTION
Vatten
Utgör 70—80 % av broskets massa
Kollagener
Typ II, den viktigaste kollagentypen i brosk, utgör knappt 60 % av torrvikten och ger vävnaden dess draghållfasthet
Aggrekan
Den stora aggregerande proteoglykanen förekommer i hög koncentration i brosk, knappt 30 % av torrvikten. Aggrekan är ansvarigt för broskets mekaniska egenskaper
Länkprotein
Stabiliserar aggrekanaggregaten
Biglykan (PG-S1)
Binder till kollagen VI, TGFβ och fibronektin
Dekorin (PG-S1)
Binder till kollagen I och II och modulerar deras fibrillbildning. Binder till TGFβ och fibronektin
Fibromodulin
Binder till kollagen I och II och modulerar deras fibrillbildning
Trombospondin
Trimer. Fyra varianter. Modulerar cellens fenotyp? Förhindrar kärlinväxt?
COMP (cartilage oligomeric matrix protein)
Pentamer. Homolog till trombospondin. Binder till kondrocyter
Fibronektin
Dimer. Förankrar celler, binder kollagen och trombospondin
Tenascin
Hexamer. Modulerar cellens fenotyp under tillväxten? Binder till kollagen?
Matrix-Gla-protein
Inhiberar förkalkning?
Kondrokalcin
Inducerar förkalkning?
innehåller 70–80 % vatten räcker det inte för att hydrera alla negativa laddningar. Aggrekan bildar jättelika molekylaggregat, som kan bli nästan lika stora som broskcellerna själva [BILD 3.9 och 3.10]. Aggregaten bildas genom att aggrekan binds specifikt till en annan kolhydratpolymer, hyaluronan (hyaluronsyra). Bindningen stabiliseras av speciella länkproteiner, vilket gör bindningen irreversibel under fysiologiska förhållanden. Det finns vidare ett antal subpopulationer av PG, vilka bidrar till att ge olika brosktyper deras specifika egenskaper. PG-aggregatens storlek gör att de inte diffunderar ut från vävnaden. De är dock känsliga för proteolytiska enzymer; endast några få klyvningar kan dela upp molekylerna så att de kan diffundera ut ur kollagenets nätverk, varvid brosket förlorar sina mekaniska egenskaper. Den engelske kirurgen William Hunter publicerade år 1743 uppsatsen ”On the structure and diseases of articulating cartilages”. Om broskskador skrev han: ”… ulcerated cartilage is universally allowed to be a very troublesome disease; that it admits of a cure with more difficulties than a carious bone; and that, when destroyed, it is never recovered.” Senare undersökningar har bara kunnat konfirmera Hunters iakttagelser. I normalt ledbrosk ser
man inga mitoser, men vid ledsjukdomar som artros förekommer ofta nybildning av både brosk och ben. Ytliga broskskador progredierar sällan och de visar heller inte några tecken på läkning, men om skadan går ner i benet sker en ordinär läkningsreak-
3
BILD 3.9. Aggrekan består CS
H KS
P 2
L
1
av en proteinkedja (P), till vilken negativt laddade sockerföreningar är bundna; de viktigaste är kondroitinsulfat (CS) och keratansulfat (KS). Proteinkedjan har tre globulära strukturer i ändarna (1, 2 och 3). I vävnaden förekommer aggrekan tillsammans med ett länkprotein (L) som medverkar till att binda aggrekanmonomeren till hyaluronan (H), tidigare kallat hyaluronsyra, så att jättelika molekylkomplex bildas.
48
DEL_1_009_336.indd 48
2014-06-09 09.11
Bindväv
BILD 3.10. Aggrekan bildar stora molekyl-
aggregat förenade via en hyaluronankedja.
tion, med inflammation och kärlinväxt. Om skadan inte är alltför stor, 5–10 mm, kan det ske en läkning med fibröst brosk som mer eller mindre kan likna det normala brosket men som har lägre koncentration av aggrekan och saknar samma ordnade struktur. Det har därför sämre förmåga att fördela belastning varför det med tiden degenererar. Trubbigt våld, kontusioner, kan ge skador både på brosk och underliggande ben och har åtminstone i experiment visat sig ge upphov till artrosliknande förändringar. En rimlig förklaring till broskets dåliga läkningsförmåga är frånvaron av kärl; därmed uppstår det ingen inflammation, förutsättningen för den normala läkningen. Intressant nog har man isolerat faktorer i brosk som hämmar kärlinväxt och även spridning av tumörceller.
3
roende på de funktionella kraven. Det finns strama leder med bara några millimeters rörlighet, som sakroiliakalederna, och mycket rörliga artikulationer, som humeroskapularlederna. En synovial led kan anses vara ett speciellt organ [BILD 3.11] som tillåter större eller mindre rörlighet under belastning. Benändarna är beklädda av hyalint brosk och ledhålan av specialiserade celler, synovialis, som producerar ledvätska, synovia. Ledbrosket saknar nerver, men leden i övrigt är rikligt innerverad och därmed skyddad. Vid tillstånd med nedsatt förmåga att känna smärta, exempelvis diabetesneuropati, kan lederna med tiden destrueras, s.k. Charcot-led. Neuromuskulära skyddsreflexer har vidare stor betydelse för att dämpa rörelser och förhindra alltför hög belastning i extremlägen. Kontaktytan i de olika lederna är relaterad till storleken av de krafter som verkar på dem, så att belastningen per ytenhet är av ungefär samma storleksordning i alla synoviala leder. Den största delen av belastningen över lederna beror på muskulära krafter.
7 2
3 6 5
4
Leder Leder är specialiserade förbindelser mellan skelettdelarna. Där stabilitet är viktigare än rörlighet kan det utvecklas strama fibrösa förbindelser, syndesmoser, exempelvis mellan distala tibia och fibula. En något större rörlighet medges vid synkondroser, där skelettdelarna sammanbinds med fibröst brosk, t.ex. symphysis pubis och intervertebraldiskarna. Ännu större rörlighet kan ses i de synoviala lederna, men det finns stora anatomiska variationer be-
1
BILD 3.11. Synovial led. 1 Sena 2 Fibrös ledkapsel 3 Synovialis 4 Ledbrosk 5 Menisk 6 Ledhåla 7 Muskel
49
DEL_1_009_336.indd 49
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
Lederna är de svagaste länkarna i rörelseapparaten. Ben kan läka utan ärr efter frakturer, och muskel- och mjukdelsskador kan återfå sin funktion genom läkning, hypertrofi och andra kompensationsmekanismer. Brosket har däremot en mycket begränsad förmåga att reparera skador. Det gör att många skador är irreversibla, och att de dessutom – på grund av de ofördelaktiga mekaniska förhållanden som kan uppkomma – tenderar att progrediera. Vid ledsjukdomar är broskdestruktion av central betydelse. Som tidigare nämnts består broskmatrix av en gel av proteoglykaner som är starkt komprimerad i ett nätverk av kollagen. Om nätverket eller de stora proteoglykanaggregaten skadas kommer proteoglykanerna att diffundera ut i omgivningen. Brosket förlorar då sina mekaniska egenskaper. Ledbrosket är alltför tunt för att kunna fungera som stötdämpare, utan dess främsta uppgift är att bidra till en låg friktion (mindre än en skridsko på glansis) och att sprida ut krafterna på en så stor yta som möjligt av det underliggande benet. Ytterligare en betydelsefull faktor är att många leder i obelastat läge är inkongruenta, men vid belastning deformeras de så att de blir mer kongruenta, vilket ger en jämnare fördelning av belastningen. Belastningen sprids till det subkondrala benet, som är mer elastiskt än annat ben och har mekaniska egenskaper som delvis påminner om segt trä. De långa rörbenen är dessutom uppdrivna i sina ändar, vilket ytterligare sprider ut krafterna som sedan förmedlas vidare till de smalare diafyserna. Samtliga dessa vävnadskomponenter – brosk, ben, ledband – liksom neuromuskulära reflexer bör ses som en funktionell enhet som fördelar och överför belastning.
en rad andra joner. Speciellt för ben är att det innehåller stora mängder mineral. Liksom annan vävnad innehåller ben levande celler och extracellulärsubstans (matrix). Benvävnaden är anatomiskt avgränsad från den övriga organismen av ett lager benceller, lining cells, som styr matrix uppbyggnad och kontrollerar skelettets omsättning. Bencellerna känner av den yttre belastningen och kan förändra sin metabolism efter omgivningens krav. Det gör att skelettet ständigt byggs om för att anpassa hållfastheten. Benets mekaniska egenskaper förändras; dels genom att arkitekturen modifieras, dels genom en ökning eller minskning av benmassan, och ibland även genom att benets sammansättning förändras.
Ben som organ Anatomiskt har människan drygt 200 olika ben och principiellt kan man skilja ut två typer: rörben och platta ben. Ett typiskt rörben [BILD 3.12] är något vidare i sina ändar och har ett mer eller mindre cylindriskt rörformat parti i mitten, diafys. De successivt avsmalnande partierna mellan ledänden och diafysen kallas metafyser. Hos växande individer finns
1 2 3 4
5
Ben Ben är en specialiserad bindväv som fyller flera funktioner; skelettet ger stöd och stadga åt rörelseapparaten och även mekaniskt skydd åt vitala organ. Vidare härbärgerar skelettet mesenkymala stamceller och blodbildande celler. De är dessutom en metabol reserv för kalcium och fosfat liksom för
4 6
3
1
BILD 3.12. Rörben. 1 Ledbrosk 2 Epifys 3 Fys 4 Metafys 5 Diafys 6 Epifysära (sekundära) benkärnor
50
DEL_1_009_336.indd 50
2014-06-09 09.11
Bindväv
även en platta av tillväxtbrosk, fys, som då ligger mellan epifys och metafys, medan det hos vuxna bara finns brosk kvar som tunna lager ledbrosk vid benets ändar. Benen är rikligt kärlförsörjda [BILD 3.13] vilket spelar en nyckelroll vid många patologiska processer.
Ben som vävnad Makroskopiskt finns det två huvudtyper av benvävnad: kompakt benvävnad, som kallas kortikalt ben [BILD 3.14], och ett mer poröst ben, som kallas spongiöst ben [BILD 3.15], uppbyggt av skivor och lameller. Det kortikala benet utgör cirka 80 % av rörbenets
3
massa. Även om kortikalt och spongiöst ben ser olika ut för ögat innehåller de samma beståndsdelar. Spongiöst ben har emellertid mycket större yta exponerad mot omgivande vävnader och benmärg, kanske upp mot 90 % av den totala exponerade benytan, och mineralomsättningen är därför snabbare i det spongiösa benet. Mellan bentrabeklarna i det spongiösa benet finns benmärg. Röd benmärg innehåller blodbildande celler och gul benmärg mest fettceller. Hos vuxna finns röd benmärg bara i bäcken, kotor, revben, sternum, skallben och i de långa rörbenens metafyser, medan det hos växande individer finns röd benmärg även i det perifera skelettet. Under patologiska förhållanden med ökad
BILD 3.13. Kärlförsörjningen till ett rörben.
Nr 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Kärl Epifysartär Epifysven Diafysartär Diafysven Periostalt kärl Tillförande kärl från mjukdelar Kommunikation periostala/endostala kärl Endostala kärl Kortikala kärl
10
Kärlnät kring leden
11 12
Tillväxtbrosk Metafysära och epifysära kärl
Anmärkning Försörjer ledändan, inklusive tillväxtbrosket Arteria nutricia svarar för huvuddelen av benets blodförsörjning I benhinnan finns ett utbrett kärlnät Vid sen- och muskelfästen finns kommunicerande kärl som försörjer det kortikala benet Arteria nutricia delar upp sig i ett endostalt nätverk De kortikala kärlen löper i trånga kanaler, vilket gör dem vulnerabla vid skador och sjukdomar Kring lederna finns ett utbrett kärlnät, som kommunicerar med de metafysära kärlen
51
DEL_1_009_336.indd 51
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
A
B
C
BILD 3.14 A: Kortikalt ben är uppbyggt av Haverska system, millimeterlånga stavar.
Centralt ligger nutrierande kärl och i koncentriska cirklar benlameller. Denna anordning gör att benet blir mycket starkare än motsvarande homogena material. B: Osteocyterna ligger utspridda mellan benlamellerna. C: Cellerna är sinsemellan förbundna med långa utskott.
BILD 3.15. Det spongiösa benet är uppbyggt av balkar och
lameller.
52
DEL_1_009_336.indd 52
2014-06-09 09.11
Bindväv
hematopoes, exempelvis vid olika blodsjukdomar, kan man finna röd benmärg även perifert hos vuxna och ibland, vid vissa anemier, kan man se skelettförändringar då den ökade märgaktiviteten expanderar det trabekulära benet. Histologiskt kan man särskilja två typer av benvävnad, vävt ben och lamellärt ben. Vävt ben (trådben) anläggs vid hastig benbildning, tillväxt och reparering av frakturer, liksom vid sjukdomar med ökad benbildning som Pagets sjukdom; kollagenfibrillerna anläggs då tämligen oorganiserat. Om benet belastas kommer det vävda benet normalt att gradvis brytas ner och ersättas av lamellärt ben. Lamellärt ben är den typ som under normala förhållanden förekommer hos vuxna. I det lamellära benet är vävnaden regelbundet anordnad i cirka 3 μm tjocka lager som ligger tätt packade. I varje lager löper kollagentrådarna i samma riktning, men i vinkel mot omgivande lager, vilket ger goda mekaniska egenskaper. I det spongiösa benet tapetserar lamellerna trabeklarnas konturer, medan de i det kortikala benet ligger i koncentriska rör runt blodkärl, som bildar enheter med en diameter kring 0,1 mm och en längd på 2–3 mm. Dessa enheter kallas osteoner eller Haverska system, efter den engelske anatomen William Havers, som ironiskt nog själv sannolikt aldrig noterade dessa fundamentala skelettstrukturer. Diafyserna består till största delen av kortikalt ben som tunnas av mot metafyserna där benet är vidare. Benets ändar är till största delen uppbyggda av spongiöst ben, arrangerat i balkar och arkader, som på ett mekaniskt gynnsamt sätt fördelar belastningen från ledytan till diafysen. När leden belastas deformeras metafysen något, och krafterna leds genom det trabekulära benet ner till diafysens kortikala ben. Som tidigare nämnts utvecklas de flesta ben i en broskmodell, som under tillväxten successivt förbenas, så att det i det vuxna skelettet endast återstår brosk på ledytorna. I övrigt är benet täckt av hinnor; den yttre benhinnan (periost) är hos yngre tjock och seg, medan den inre benhinnan (endost) är så tunn att den knappt kan ses med blotta ögat. Mikroskopiskt kan man visa att alla benets mine-
3
Mineral
Vatten
Organisk substans Kollagen
Icke-kollagen Extracellulär substans
Celler BILD 3.16 Beståndsdelar i kortikalt ben.
raliserade ytor är täckta av celler som aktivt upprätthåller en specifik fysiologisk miljö. Moget ben är cellfattigt, endast några procent av volymen utgörs av celler. Benmatrix kan i runda tal innehålla 20 % vatten, 20 % organiskt material och 60 % mineral [BILD 3.16]. Dessa komponenter är så hårt bundna till varandra att det har varit svårt att studera benvävnad. Det är svårt att göra mikroskopiska snitt av det hårda benet och man kan inte heller kemiskt extrahera de enskilda vävnadskomponenterna utan att denaturera de ingående proteinerna. Det gör att man vet mindre om hårdvävnadens fysiologi och patologi än om de andra organsystemens.
53
DEL_1_009_336.indd 53
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
Mineral Den organiska delen, framför allt kollagenfibrillerna, gör skelettet elastiskt och segt. Mineralet, som ger vävnaden hårdhet och oeftergivlighet, utgörs i moget ben till största delen av hydroxiapatit, Ca10(PO4)6(OH)2, i form av platta kristaller (45 × 30 × 3 nm), företrädesvis orienterade i kollagenfibrillernas längsriktning, mellan och i kollagenet [BILD 3.17]. Benet har genom sin sammansättning och arkitektur mycket goda mekaniska egenskaper i förhållande till sin vikt. Kalcium har en ovanlig förmåga att bilda olika komplex med andra joner, vilket kan vara en anledning till att kalcium kommit att fylla så mångskiftande fysiologiska funktioner. Normalt är serum övermättat med avseende på kalcium och fosfat. Hur kommer det sig då att vi inte förvandlas till saltstoder? Benmineralet består huvudsakligen av hydroxiapatit, vari 16 joner ingår. För denna typ av komplexa föreningar gäller inte vanliga kemiska jämviktsekvationer; sannolikheten för att de i hydroxiapatit ingående komponenterna i en lösning skulle kollidera i rätt konfiguration för att bilda hydroxiapatit är försumbar. I stället bildas hydroxiapatit genom påbyggnad av en befintlig kristallisationskärna. Man säger att kroppsvätskorna är metastabila; exponeras en kärna på vilken kristallerna kan fällas ut, kan en okontrollerad utfällning av kalciumföreningar utlösas. Detta vore ett dödligt hot mot organismen. Eftersom hydroxiapatit inte precipiterar spontant i kroppsvätskorna, måste benmatrix ha komponenter som underlättar bildandet av apatit. Elektronmikroskopiska undersökningar har visat att de första mineralutfällningarna finns i ”hål” som bildas mellan kollagenmonomererna. Normalt är kollagenfibrillerna täckta av lågmolekylära matrixkomponenter. Enligt en teori sker mineraliseringen när dessa ämnen förändras eller bryts ner. Mineraliseringen regleras av hämmande system som proteoglykaner, matrixproteiner och pyrofosfat. Bencellerna avgränsar ett slutet rum, vari de aktivt upprätthåller andra jonkoncentrationer än i kroppsvätskorna i övrigt, bland annat är kalciumkoncentrationerna cirka 0,5 mM lägre och pH något högre än i serum. Minerali-
seringen initieras och kontrolleras sannolikt genom olika mekanismer i ben och brosk. I ben sker processen långsammare än i brosk. Efter det att cellerna producerat den organiska substansen tar det 1–2 veckor innan mineraliseringen sker, och därefter sker det en mognadsprocess på flera månader då bland annat mineralet omlagras.
Organisk substans Det organiska materialet består till 90 % av kollagen I. Jämfört med mjukdelar innehåller ben små mängder av andra kollagentyper än kollagen I. Benkollagenet skiljer sig från annat typ I-kollagen i och med att det har annorlunda tvärbindningar, som utgörs av olika pyridinolinderivat, vilka används praktiskt–kliniskt som markörer för benomsättningen. Av det organiska materialet består 10 % av icke-kollagena proteiner, vilka troligen används för att förankra cellerna i vävnaden, för att binda kalcium eller för kommunikation. I benvävnaden absorberas många serumproteiner; i många fall anrikas de till mycket högre koncentrationer än i serum. Detta gäller bland annat tillväxtfaktorer, något som är av betydelse vid frakturläkning. Osteonektin, ett surt glykoprotein, finns i ben i 104 gånger högre koncentration än i annan bindväv. Det har stark affinitet till Ca2+ och det har därför förmodats ha en roll i mineraliseringen. Osteokalcin är kanske det enda proteinet som är unikt för ben, och det har använts som serummarkör för benbildning. Osteokalcin bildas sent i benbildningen och dess roll är ännu oklar, men eftersom det innehåller sura komponenter som binder mineral och eftersom det förekommer i ökad mängd vid olika metabola skelettsjukdomar har man antagit att det kan ha betydelse vid benappositionen. Kalcitriol, 1,25(OH)2D3, aktivt vitamin D, är intressant nog nödvändigt för aktiveringen av osteokalcingenen. Ben-sialoprotein produceras av osteoblasterna i ett tidigt stadium av benbildningen. Det kan ha en strukturell roll, dvs. kan binda cellerna till olika vävnadselement. Sålunda innehåller proteinet en speciell aminosyrasekvens (Arg-Gly-Asp, RGD)
54
DEL_1_009_336.indd 54
2014-06-09 09.11
Bindväv
3
BILD 3.17 A: Elektronmikroskopisk bild av
osteoblast. Markeringen nere till höger motsvarar 1 μm. B: I högre förstoring ser man att det mellan cellen och det mineraliserade benet finns ett tunt skikt av omineraliserat ben, osteoid. Markeringen nederst mosvarar 1 μm. C: Elektronmikroskopisk bild (140 000 gångers förstoring) av mineralisering i brosk. Man ser de mörka nålformade mineralkristallerna mellan kollagentrådarna. Bilden av mineralisering i ben är likartad. Markeringen indikerar 0,1 μm. A B
C
som kan binda sig till specifika cellreceptorer (integriner). Ben-sialoprotein är för övrigt ett av de första ämnen som syntetiseras av osteoblasterna vid benbildningen och det spelar sannolikt en roll som nukleationsfaktor vid initiering av mineraliseringen. Osteopontin är ett annat cellbindande protein som innehåller en RGD-sekvens. Osteopontin har visat sig kunna binda osteoklaster och det kan därför vara en signalmolekyl för bennedbrytningen. Intressant nog stimulerar 1,25(OH)2D3 osteoblasterna att bilda osteopontin. Att osteopontin kan ha en roll i mineralomsättningen, sannolikt som lokal hämmare, indikeras av att det även syntetiseras av njurens tubuliceller. Proteoglykaner. Ben innehåller mindre mängd pro-
teoglykan än brosk, och de proteoglykaner som 55
DEL_1_009_336.indd 55
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
finns är lågmolekylära. Exempel är biglykan och dekorin, som båda förmodligen är bundna till kollagenfibrillerna och som kan ha en roll som mediatorer av mineraliseringen.
Benceller Cellerna utgör bara några procent av benvävnadens volym, men de är avgörande för funktionen. Likt annan bindväv måste benet ständigt ombildas för att bibehålla sin hållfasthet. Om ett område av skelettet dör, exempelvis till följd av cirkulationsstörning, kommer benlamellerna förr eller senare att gå sönder till följd av utmattningsbrott, såvida de inte ersätts av nytt ben. Osteoblaster. Embryologiskt kommer osteoblas-
terna från de mesenkymala stamcellerna, samma stamträd som brosk- och bindvävscellerna. Eftersom cellerna har begränsad livslängd, pågår ständigt differentiering av stamceller till mogna celler. Celldifferentieringen sker enligt ett bestämt mönster; redan progenitorcellerna är strikt förutbestämda att differentiera mot osteoblaster. Osteoblasterna har en central roll i benmetabolismen; de har receptorer för hormoner som PTH och 1,25(OH)2D3 och de styr de bennedbrytande cellernas, osteoklasternas, aktivitet. Ultrastrukturellt [BILD 3.17] ser man vidare att cellerna är mycket metabolt aktiva; de har rikligt med mitokondrier, endoplasmatiskt retikel, Golgiapparater och sekretoriska vesikler som innehåller syntesprodukter. Biokemiskt karakteriseras de bland annat av en hög produktion av alkaliskt fosfatas lokaliserad till cellernas plasmamembran. Alkaliskt fosfatas förekommer i så stor mängd i aktiva osteoblaster att man kan använda det som en serummarkör för benbildning; enzymet har troligen en nyckelroll i mineraliseringen. Den rutinmässiga metoden att mäta alkaliska fosfataser i serum är dock inte specifik, eftersom den även mäter leverns alkaliska fosfatas. Mätning av benspecifikt alkaliskt fosfatas kräver specialmetoder. Med hjälp av inmärkningsstudier med radioaktiva isotoper har man visat att det bara tar några
dagar för mogna osteoblaster att utvecklas och att de sedan är aktiva i cirka 6 månader. Osteoblasterna tillverkar den omgivning som kommer att omsluta dem; ett samlande namn på deras syntesprodukter är osteoid, icke-förkalkat benmatrix. Om det finns fysiologisk tillgång till kalcium och fosfat sker det under de följande dagarna och veckorna en mineralutfällning i osteoiden. Avståndet mellan osteoblasten och det färdigmineraliserade benet är normalt kring 10 μm; en ökad mängd osteoid förekommer vid mineraliseringsrubbningar som osteomalaci och rakit. Under ordinära förhållanden tar det kring 10 dagar innan osteoiden har mineraliserats, sannolikt ett uttryck för en mognadsprocess. I vad mån osteoblasten kontrollerar mineraliseringen och hur det i så fall skulle ske vet man inte, men en del data talar för att när osteoiden väl har bildats sker mineraliseringen först sedan inhiberande faktorer avlägsnats. Mineraliseringen verkar fortsätta under lång tid, om än med minskad hastighet; äldre ben har högre mineralhalt än nybildat. Aktiva osteoblaster ser man bara på benytor där det sker en benbildning. Efter tillväxten täcks större delen av benytorna av platta celler, och kallas då lining cells, men förmodligen utgörs de av mindre inaktiva osteoblaster. Osteocyter. Genom att bilda nytt matrix, som se-
dan successivt mineraliseras, kommer osteoblasterna att så småningom begrava sig själva i benet, och de kallas då osteocyter. Man har beräknat att benvävnad innehåller cirka 25 000 osteocyter per mm3. De är avlånga och har långa utskott som går i tunna (1–2 μm) kanaler. Ingen del av benvävnaden är mer än några få μm från ett cellutskott. Avståndet till närmaste blodkärl är sällan större än 100 μm. Men efter inneslutningen i den mineraliserade vävnaden minskar cellens metabola aktivitet. Osteocyterna ligger inte direkt an mot det mineraliserade benet, utan de är omgivna av ett litet vävnadsrum [BILD 3.18], som utgör ett speciellt kompartment av extracellulärvätskan. Osteocyterna har en viktig funktion för fosfatmetabolismen men också för den lokala benbildningen. Vid hög serumnivå av oorganiskt fosfat eller hög nivå av aktivt vitamin D,
56
DEL_1_009_336.indd 56
2014-06-09 09.11
Bindväv
3
BILD 3.18. Elektronmikroskopisk bild av osteocyt, innesluten i benmatrix. Cellen är omgiven av omineraliserad vävnad och den sträcker ut långa smala utskott i benmatrix. Till vänster i cellen ser man en fettvakuol. Markeringen motsvarar 1 μm. Foto: Kjell Hultenby.
1,25(OH)2D3, producerar osteocyten fibroblast growth factor 23 (FGF23). Det är ett hormon som kontrollerar serumfosfatnivån genom att öka fosfatutsöndringen i njuren. Mycket höga nivåer föreligger därför ofta vid njurinsufficiens. Men FGF23 har verkar också ha en lokal (parakrin) effekt genom att öka differentieringen av mesenkymala [BILD 2.0] stamceller mot osteoblaster. Ett annat lokalt hormon, sklerostin, produceras också av osteocyterna. Det har till uppgift att påverka osteoblasterna att minska bennybildningen. Troligen fungerar osteocyten här som en sensor; de vittförgrenade utskotten antas bland annat vara mekanosensorer som känner av den mekaniska belastningen lokalt. Den sammanlagda ytan av osteocyternas lakuner och kanalikuli har beräknats till 1 000–5 000 m2, att jämföra med lungkapillärernas 100–200 m2. Därmed finns det också förutsättning för ett utbyte av exempelvis mineraler, hormoner och signalsubstanser mellan cell och extracellulärvätska.
via specifika mekanismer fäster på de benytor som de sedan bryter ner enzymatiskt. Endast mineraliserade ytor engageras, exempelvis resorberas inte den omineraliserade osteoiden vid osteomalaci. Osteoklasterna karakteriseras av att de innehåller flera kärnor, ofta 10–20, ibland fler. De aktiva osteoklasternas utseende [BILD 3.19] ger en fingervisning om deras funktion. På cellytorna som vetter mot benmatrix finns två specialiserade områden: det ena, clear zone, utgör ett vidhäftningsområde som binder cellen till benet. Denna zon avgränsar dessutom det andra specialiserade området, ruffled border, där själva bennedbrytningen sker. Cellerna tillverkar även ett flertal enzymer som spjälkar den organiska substansen. Enzymerna utsöndras i membranomgärdade paket, vesikler. En biokemisk osteoklastmarkör är ett surt fosfatas (TRAP, tartrate-resistant acid phosphatase). Osteoklastaktiviteten kan påverkas via olika faktorer (tabell 3.4). Försök med isolerade osteoklaster har visat att deras aktivitet styrs av osteo-
Osteoklasterna bryter ner benvävnad. De utvecklas
från en annan typ av stamceller än de mesenkymala stamcellerna som är ursprungsceller till osteoblaster, nämligen de hematopoetiska stamcellerna som också bildar celler i immunsystemet, t.ex. granulocyter och makrofager. Genom påverkan av hormonella och lokala stimuli aktiveras cellerna, de förflyttar sig till det område som ska resorberas. De fusionerar där till flerkärniga jätteceller, vilka
TABELL 3.4. Exempel på osteoklastaktivatorer/ -hämmare med direkt eller indirekt verkan. STIMULERANDE
HÄMMANDE
PTH
Östrogen (SERM)
Interleukiner
Osteoprotegerin (OPG)
TNF-alfa
Kalcitonin
RANK-L
TGF-beta Bisfosfonat
57
DEL_1_009_336.indd 57
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 3.19. Elektronmikroskopisk
bild av osteoklast, uppåt till höger, som fäster på en bentrabekel, nedåt vänster. Osteoklasten innehåller ett flertal kärnor och mitokondrier (små avlånga mörka, dvs. elektrontäta, strukturer). Vid resorptionsarean (ruffled border) är osteoklastens cellmembran kraftigt veckat, och här utsöndras saltsyra och enzymer till ett slutet rum som avgränsas av en ringformad fästzon (clear zone), där benvävnaden bryts ner. I omgivningen ses kärl och benmärgsceller. Nedtill i bilden ser man en del av ytterligare en osteoklast. Foto: Kjell Hultenby.
blasterna genom ett komplicerat samspel av endokrina och lokala mekanismer. RANK-L (receptor activator of nuclear factor kappa-beta ligand) och dess receptorer RANK och hämmaren osteoprotegerin är bland de viktigaste regulatorerna av benomsättningen [BILD 3.20]. Osteoklasterna kan fästa likt en sugkopp på det mineraliserade benmatrix, och i det avgränsade rum som bildas av clear zone skapar cellerna ett avgränsat rum mot benet. Osteoklastens cellmembran är här kraftigt utvidgat genom veckbildning. Med speciella jonpumpar skapas en sur miljö där hydroxiapatiten kan lösas upp. Samtidigt spjälkar proteolytiska enzymer de organiska substanserna. Sålunda bryts benets samtliga komponenter ner. ”Urkalkning”, en term som ibland används i röntgenutlåtanden, är därför helt missvisande. Osteoklasterna är rörliga. På trabekulärt ben vandrar de över benytan och efterlämnar en ränna av resorberat ben. De avancerar med en hastighet av ungefär 50 μm per dygn, en sträcka i ungefär samma storleksordning som osteoklasten själv. Det förefaller inte som om de kan förflytta sig samtidigt som de resorberar ben, utan arbetet sker språngvis. De förekommer i regel inte ensamma utan arbetar
i förband. Mikroskopiskt kan man se hur flera osteoklaster tillsammans bildar gropar som kallas för Howshipska lakuner. I de flesta fall ökas benresorptionen genom att nya osteoklaster rekryteras från mononukleära celler som stimuleras att vandra till ett område för att där sluta sig samman. Osteoklasternas livslängd, som troligen är 1–2 månader, begränsas av apoptos, programmerad celldöd, eller av att det ansamlas fria syreradikaler i cellen.
Tillväxt, modellering och remodellering Man skiljer mellan tre faser i benomsättningen: tillväxt, modellering och remodellering. Tillväxten styrs främst genetiskt, men den är även beroende av yttre faktorer som nutrition och belastning. Skelettet anläggs under den första embryonalmånaden, varvid de olika delarna determineras att utvecklas till separata anatomiska strukturer. Först bildas en broskmodell som under den senare utvecklingen successivt dels resorberas, dels förbenas. Informationen för tillväxten ligger lagrad i kondrocyternas
58
DEL_1_009_336.indd 58
2014-06-09 09.11
Bindväv
A
B
Stromacell/osteoblast
1,25 D2
IL11
PTH
PGE2 RANK-L Preosteoklast M-CSF
OPG RANK c-fms C
-
HCO3-
C
-
HCO3- H+
Osteoklast v 3 Ben
C
-
H+
Cath K
C
BILD 3.20 A: Osteoblasterna frilägger benet och
stimulerar bl.a. därigenom osteoklasterna att resorbera ben. B: Den frilagda benvävnaden avger i sin tur tillväxtfaktorer som kan stimulera bildningen av nytt ben.C: Bildandet av osteoklaster och benresorption. Benmärgsceller och osteoblaster kan stimuleras, t.ex. av PTH, att utsöndra ämnen som M-CSF (makrofagkolonistimulerande faktor) och RANK-L (receptor activator of nuclear factor-kappa—beta ligand). De binder på specifika receptorer (c-fms respektive RANK) på makrofager. Det sätter igång en kaskad av enzymatiska reaktioner som till slut stimulerar specifika gener att differentiera makrofagen till osteoklast. Stromacellerna/osteoblasterna tillverkar också hämmande ämnen, t.ex. OPG, som binder till RANK utan att aktivera receptorn. När osteoklasten differentieras polariseras den och fäster på en benyta. Själva infästningen till benet stimuleras av ett ämne i benmatrix, avß3-integrinen. Osteoklasten aktiveras då och utvecklar ett område med kraftigt veckat cellmembran. Till det avgränsade rum som bildas under osteoklasten utsöndras protoner så att pH sänks till 4,5. Benmineralet löses då upp och transporteras bort. De frilagda kollagenfibrillerna kan spjälkas av proteolytiska enzymer, framför allt katepsiner.
genom, och även om tillväxten kan påverkas, exempelvis av sjukdom och näringsbrist, modifieras den oftast bara i måttlig grad. Med modellering menar man de funktioner som svarar för att formen förändras vid tillväxten. Även här är det fråga om en inneboende genetisk styrning som är påverkbar av yttre stimuli som exempelvis
3
belastning. Som exempel kan nämnas att det vid obehandlad medfödd höftluxation uppkommer en underutveckling av leden. Modelleringen är särskilt snabb omedelbart före och efter födseln samt prepubertalt, och hos vuxna finns den endast kvar som en del i förmågan till periostal benbildning. Modelleringen har klinisk betydelse. Prognosen vid många skelettsjukdomar, som osteochondritis dissecans och Perthes sjukdom, är beroende av modelleringen och är således bättre ju yngre patienten är. Likaså har den växande individen förmåga att helt eller delvis korrigera felställningar efter frakturer. Efter det att individen slutat växa kvarstår endast remodelleringen – ett slags fortlöpande underhåll av benvävnaden – som är beroende av belastningen. Uppfattningen om benets remodellering bygger på en ”kvantteori”, där det snarare än enskilda celler är grupper av celler, benmetabola enheter, som ombesörjer nedbrytning och benbildning [BILD 3.21]. Ytterligare en grundläggande princip för remodelleringen är att nedbrytning och bildning är kopplade till varandra; nedbrytning av ben följs automatiskt av benbildning [BILD 3.21]. Saldot varierar dock något under livet – en positiv balans föreligger under de första 20–30 åren och därefter en liten övervikt för nedbrytningen. Det finns ett starkt samband mellan muskelmassa och benmassa. När bennedbrytningen satts i gång verkar det som vore den självgående. I trabekulärt ben börjar ett arbetslag av osteoklaster att gräva en grop (Howships lakun), cirka 50 μm djup. I det kortikala benet blir resultatet av deras arbete en tunnel [BILD 3.22]. Osteoblasterna följer sedan hack i häl
BILD 3.21. Bennedbrytning och benbildning är kopplade till varandra. Bennedbrytning (a), benbildning (b—c); när defekten är fylld med nytt ben avstannar aktiviteten (d).
59
DEL_1_009_336.indd 59
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
A
den totala benmassan skulle kunna bytas ut inom loppet av en tioårsperiod. Vidare talar data för att skelettet utan remodelleringen vid normal aktivitet skulle drabbas av utmattningsbrott inom två år, tidigare vid hårdare belastning. Detta är bakgrunden till att potenta osteoklasthämmande mediciner som bisfosfonater medför en risk för stressfrakturer. Till skillnad från de övriga delarna fortsätter periostet att ge ett nettotillskott av ben under hela livet. Tillväxten accelererar under den prepubertala tillväxtspurten, men den fortsätter alltså även efter avslutad längdtillväxt med en liten ökning av de flesta bens omfång som följd. Det periostala lagret spelar vidare en viktig roll i frakturläkningen. Det kortikala benet omfattar det kompakta benet, som hos människan till största delen består av Haverska system, och det utgör cirka 80 % av rörbenens massa. Det försörjs av de kärl och nerver som finns centralt i de Haverska systemen. Det kortikala lagret har en långsammare omsättning än de övriga lagren; 2–3 % omsätts normalt årligen. Genom resorption från märghålan minskar det kortikala lagret i tjocklek från medelåldern och framåt, samtidigt ökar de Haverska systemens centrala hålrum och dess väggar blir därmed tunnare.
B BILD 3.22. Benmetabola enheter (bone metabolic unit).
A: Histologiskt snitt. B: Teckning av benmetabol enhet från kortikalt ben. Osteoklasterna skapar en kanal som senare utfylls genom osteoblasternas försorg.
och ombesörjer reparationsarbetet. Inom en vecka har de börjat tillverka ny vävnad som fyller ut diket respektive tunneln. Om remodelleringen upphör uppkommer efter hand stressfrakturer, utmattningsbrott, liknande dem som normalt uppkommer i konstgjorda (döda) material. Eftersom den gamla vävnaden måste brytas ner fullständigt innan ny kan anläggas, är det ändamålsenligt att organisera reparations- och underhållsarbetet med en utspridd aktivitet av många små arbetslag; man behöver ju då inte stänga av delar för reparation. Man har beräknat att vid varje given tidpunkt är 1–2 miljoner sådana små arbetslag i aktivitet vilket medför att
Kalciumomsättningen En vuxen människa består av cirka 1 kg kalcium, varav över 99 % är bundet till skelettet, cirka 1 % finns i kroppsvätskorna och 0,1 % i cellerna. Koncentrationen av joniserat kalcium i kroppsvätskorna hålls inom mycket snäva gränser. Det är endast den fria, joniserade delen som är biologiskt aktiv, och hos de flesta djur ligger serumnivån av joniserat kalcium på omkring 1,2 mM, motsvarande hälften av den totala mängden inklusive den proteinbundna delen. Förutom i uppbyggnaden av skelettet deltar kalciumjonen i en mångfald fysiologiska reaktioner som exempelvis nervledning och koagulation. Specifika jonpumpar upprätthåller en koncentrationsgradient mellan extracellulärvätskan och cellen på 10:3, och i cellen varierar nivån av joniserat kalcium mellan olika kompartment, med
60
DEL_1_009_336.indd 60
2014-06-09 09.11
Bindväv
TABELL 3.5. Exempel på faktorer som påverkar
bencellerna. Peptidhormoner
PTH Kalcitonin Insulin Tillväxthormon (GH)
Steroidhormoner
1,25(OH)2D3, (kalcitriol) Glukokortikoider Östrogen Testosteron
Lokala faktorer
Insulinlik tillväxtfaktor (IGF-I och II) Mikroglobulin Transformerandetillväxtfaktorbeta (TGF-beta) Fibroblasttillväxtfaktor Trombocytderiverande tillväxtfaktor Interleukinser Kolonistimulerande faktorer Prostaglandiner
lokalt höga koncentrationer i exempelvis mitokondrierna. Ett flertal kontrollmekanismer håller koncentrationen av joniserat kalcium på en stabil nivå (tabell 3.5). För det första finns det fysikaliska buffertsystem som jämnar ut momentana fluktuationer. Cirka hälften av den totala mängden Ca2+ i serum bundet till protein, framför allt albumin. De bundna kal-
Föda 0,5–1,5 g
ciumjonerna står i ett jämviktsförhållande till de fria och kan på så sätt fungera som buffertsystem. De cirkulerande kalciumjonerna står även i fysikalisk jämvikt med en del, cirka 1 %, av skelettets kalcium som är så löst bundet att det kan betraktas som utbytbart, vilket ger en ytterligare ökning av buffertkapaciteten. Härtill kommer de hormonella styrsystemen: paratyreoideahormon (PTH), kalcitriol och kalcitonin. Kalciumintaget varierar. Normalt är födan tämligen kalciumfattig och det dagliga intaget av kalcium ligger kring 0,5–0,75 g [BILD 3.23]; exempelvis innehåller ett glas mjölk cirka 0,3 g kalcium. Under normala förhållanden räknar man med att cirka hälften av detta intag absorberas. Tarmabsorptionen beror bland annat på vitamin D-status, födans sammansättning och gastrointestinala faktorer. Vid bristsituationer prioriteras Ca2+-nivån i serum på skelettets bekostnad. Normalt förekommer det något större fluktuationer i serumfosfat. Det råder ett inverst förhållande mellan joniserat kalcium och fosfat i serum. Den totala mängden fosfat hos en vuxen är 0,6 kg, varav 85 % finns i skelettet. Extracellulärt fosfat förekommer företrädesvis som HPO42–. Fosfat deltar i ett flertal vitala reaktioner, bland annat i energiomsättningen och som en komponent i de flesta makromolekyler. Fosfatnivån i serum är inte lika
1,25-D
PTH 1,25-D
+ Absorption 0,2–0,5 g
+ Benresorption 0,3–0,5 g
Serumkalcium 2,1–2,6 mM
Sekretion 0,1–0,2 g
3
Ackretion 0,3–0,5 g
Filtration 5–7 g
Reabsorption 4,9–6,7 g + PTH 1,25-D
Faeces 0,3–0,6 g
Urin 0,1–0,3
BILD 3.23. Ungefärlig storlek på
kalciumflödet.
61
DEL_1_009_336.indd 61
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
kritisk för cellfunktionerna som kalciumkoncentrationen.
Paratyreoideahormon Paratyreoideahormon (PTH) har sin största betydelse för den momentana kontrollen av serumkalcium. Det är ett litet protein med en molekylvikt på 9,5 kDa. Bisköldkörtlarna kan läsa av serumkalciumnivån, och vid sänkning reagerar de sekundsnabbt med att till blodet insöndra aktivt hormon som höjer serumkalciumnivån genom att verka på njure och skelett (tabell 3.6). Körtlarna reagerar emellertid inte proportionellt, utan de är känsligast för mindre sänkningar, medan de har en mer begränsad förmåga att svara proportionellt på kraftigare förändringar. Under normala förhållanden finns det ett reservlager hormon som kan svara på plötsligt uppkommen hypokalcemi. Bisköldkörtlarnas flexibilitet ökas dessutom genom att de ständigt producerar ett överskott av PTH. Genom att minska nedbrytningen kan körteln då öka insöndringen av aktivt hormon – en mycket snabbare och mer styrbar process än förändringar av produktionen. Detta är en generell mekanism som organismen använder för att reglera utsöndringen av sekretoriska proteiner. Först vid mer långvarig hypokalcemi ökar körteln PTH-syntesen. När PTH kommit ut i cirkulationen bryts det snabbt ner till inaktiva fragment. Halveringstiden är några minuter och nedbrytningen sker främst i lever och njure. Den största delen av cirkulerande PTH är därför biologiskt inaktivt, vilket bland annat försvårar bestämningar av PTH i serum. PTH påverkar serumkoncentrationerna av kalcium och fosfat genom en specifik verkan på ben- och njurcel-
ler. PTH agerar inte direkt utan binds till specifika receptorer på cellmembranen. För att aktivera receptorn krävs bara de första 34 aminoterminala peptiderna, funktionen hos de övriga 50 är okänd. Även om en påtaglig effekt av PTH är en ökning av osteoklasternas aktivitet och antal, har osteoklasterna paradoxalt nog inga receptorer för PTH, utan hormonets verkan sker indirekt via osteoblasterna. Intressant nog har PTH i låga intermittenta doser en övervägande anabol effekt och PTH används därför kliniskt på patienter med svår benskörhet. Aktivt vitamin D, kalcitriol
Vitamin D3 är inte ett vitamin utan ett hormon. Aktivt vitamin D3, 1,25(OH)2D3, kalcitriol, ökar upptaget av kalcium och fosfat i tarmen. Vitamin D3 bildas i huden från 7-dehydrokolesterol [BILD 3.24], som genom påverkan av ultraviolett ljus isomeriseras till kolekalciferol, den naturligt förekommande hormonprekursorn. Syntesen är en effektiv process som inte kräver någon större solexponering. Vitamin D-analoger förekommer även naturligt i små mängder i många födoämnen och absorberas huvudsakligen i jejunum på samma sätt som andra fettlösliga ämnen. Ergokalciferol (D2), en ickekroppsegen produkt som ofta används som tillsats i födoämnen, metaboliseras på samma sätt som D3 och har väsentligen samma egenskaper. För att få biologisk effekt måste vitamin D metaboliseras i två steg. Först sker en hydroxylering i levern till 25(OH)D, som är den form som lagras och sedan kan metaboliseras vidare i olika riktningar genom addering av hydroxylgrupper. Den avgörande processen för den biologiska aktiviteten är om hydroxyleringen sker i 1-ställning eller i 24-ställning; den senare reaktionen resulterar i en
TABELL 3.6. Effekterna av paratyreoideahormon. ORGAN
EFFEKT
Ben
Stimulerar frisättning av Ca2+ och P
MEKANISM
Verkar på osteoblasterna som stimulerar osteoklasterna
Ben
Stimulerar benbildning
Oklar mekanism; dosberoende; påverkar möjligen differentieringen mot osteoblaster
Njure
Stimulerar reabsorption av Ca2+ och inhiberar reabsorption av P från glomerulusfiltratet; stimulerar aktivering av 1,25(OH)2D3
Stimulerar reabsorption av Ca2+ i distala tubuli, kraftig reabsorptionshämning av P i både proximala och distala tubuli. Direkt aktivering av 1α-hydroxylas i njuren
62
DEL_1_009_336.indd 62
2014-06-09 09.11
Bindväv
BILD 3.24. Vitamin D-omsättning.
relativt inaktiv metabolit. Vilken metabolit som bildas beror bland annat på individens 1,25(OH)2Doch PTH-status. Liksom andra steroidhormoner verkar 1,25(OH)2D genom att aktivera specifika gener. För detta måste målcellen ha en intracellulär receptor som kan reagera med hormonet och som även har en specifik DNA-bindande domän. Det viktigaste målorganet för 1,25(OH)2D är mukosacellerna i övre delen av tunntarmen. Där stimulerar det syntesen av ett specifikt kalciumbindande protein som deltar i den aktiva kalciumabsorptionen. I skelettet bidrar 1,25(OH)2D3 till både benbildning och benresorption. Det ökar osteocyternas produktion av FGF23, som i sin tur ökar utsöndringen av fosfat i njuren. Där hämmar 1,25(OH)2D3 sin egen syntes
3
genom en negativ återkopplingsmekanism och också genom att det hämmar PTH-insöndringen från bisköldkörteln (tabell 3.7). Under senare år har man även visat att hudens keratocyter, vissa cancerceller och celler i immunsystemet också har receptorer för 1,25(OH)2D3. Aktiva vitamin D-analoger kan kanske få betydelse vid behandlingen av exempelvis psoriasis, cancer och autoimmuna sjukdomar. D-vitaminbrist är ovanlig i industriländer, men småbarn och institutionaliserade personer är i riskzonen och kan behöva tillskott för att få behovet tillgodosett. De kliniskt dominerande tillståndet är rakit (hos barn) och osteomalaci (hos vuxna). På våra breddgrader är solens ultravioletta strålning så låg att vissa grupper, som äldre och sjuka, som i regel har liten solexponering och ibland är malnutrierade, kan ha D-vitaminbrist. Här är det viktigt att notera att D-vitaminbrist brukar definieras som en för låg nivå av 25(OH)D i serum, vilket skulle representera individens förråd av vitamin D. Mätningen av 25(OH)D i serum är fortfarande osäker. En okritisk rekommendation av vitamin D-tillskott kan medföra risker av flera slag: vanligast är hyperkalcemi och hyperkalcuri. Orsaker till störningar i vitamin D-omsättningen ges i tabell 3.8. De kliniska aspekterna behandlas närmare i kapitel 11. TABELL 3.8. Orsaker till rubbningar relaterade till
vitamin D. Minskad exponering för solljus Minskat upptag av bland annat vitamin D till följd av gastrointestinal eller hepatobiliär rubbning eller stört enterohepatiskt kretslopp Minskad produktion av 1,25(OH)2D3 i njuren Ändrad respons av tarmens mukosaceller För högt intag av vitamin D (vanligen som vitamintillskott)
TABELL 3.7. Effekterna av kalcitriol. ORGAN
EFFEKT
MEKANISM
Tarm
Ökar kalciumabsorptionen
Stimulerar bildandet av kalciumtransporterande protein i mukosacellerna
Ben
Ökar benresorptionen
Stimulerar bildandet av osteoklaster, även indirekt via osteoblasterna
Ben
Ökar benbildningen
Oklar mekanism, möjligen dosberoende
Njure
Hämmar sin egen syntes
Njure
Ökar resorptionen av Ca och P
Saknar sannolikt större fysiologisk betydelse
63
DEL_1_009_336.indd 63
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
Kalcitonin Kalcitonin är en polypeptid som bildas av sköldkörtelns C-celler. Kalcitonin och andra strukturellt liknande peptider har påvisats i endokrina celler och även i nervsystemet, där de kan ha en roll som transmittorsubstans. Hormonet har en snabbt insättande hämmande effekt på osteoklasterna, men dess funktionella betydelse hos däggdjur är sannolikt liten. Hos laxar och andra fiskar som vandrar mellan söt- och saltvatten har kalcitonin en vital funktion, nämligen att reglera utsöndringen av salter via gälarna. Kalcitonin har även effekter på gastrointestinalkanalen, bland annat genom att det hämmar saltsyrautsöndringen. Kalcitonin hämmar osteoklastaktiviteten men används numera sällan terapeutiskt. En indikation är hyperkalcemi, där hormonet kan ge en snabb sänkning av serumkalciumnivåerna. En annan är Pagets sjukdom, där kalcitoninet kan lindra smärtan.
Övriga hormoner Flera hormoner ger påtagliga effekter på skelettet i patologiska situationer, men är av underordnad betydelse i den normala regleringen. Tillväxthormon (GH) är en polypeptid som produceras i hypofysen. GH har en anabol effekt på skelettet som delvis är indirekt, genom att i levern inducera bildningen av en insulinliknande tillväxtfaktor (IGF-I). Östrogener och androgener har betydelse vid skelettets tillväxt och modellering, och de är även av betydelse för att förhindra osteoporos. Deras inverkan på bencellerna är inte klarlagd, men man har påvisat specifika receptorer på osteoblasterna. Möjligen kan en del av effekterna vara indirekta, kanske genom tillväxtfaktorer eller genom ökning av den fysiska aktivitetsgraden. Insulin stimulerar både resorption och matrixsyntes och även bildandet av IGF-I, och kan därför påverka benbildningen. Glukokortikoider i farmakologiska doser hämmar benbildningen genom att hämma såväl bencellerna som absorptionen av Ca2+ i tarmen.
Tyreoideahormoner har betydelse för den normala tillväxten, men i vuxen ålder kan överfunktion ge osteoporos.
Lokala styrsystem Länge verkade det som om PTH och 1,25(OH)2D3 var de helt dominerande faktorerna för styrning av skelettmetabolismen. Vid försök med isolerade celler och vävnadsodlingar har båda hormonerna en huvudsakligen anabol effekt på osteoblasterna: PTH stimulerar bland annat transport av joner och aminosyror samt syntes av cAMP (cykliskt adenisinmonofosfat). 1,25(OH)2D3 stimulerar å sin sida bland annat bildningen av alkaliskt fosfatas och olika matrixprodukter. Man kunde då fråga sig varför hormoner, vilkas huvudsakliga effekt var att höja serumkalcium, delvis genom att stimulera osteoklasterna, skulle ha sådana genomgripande effekter på de benbildande cellerna. När man sedan kunde visa att PTH och 1,25(OH)2D3 hade särskilt stor effekt på blandningar av osteoblaster och osteoklaster, fokuserades intresset på osteoblasten som huvudrollsinnehavaren i benmetabolismen. Man har identifierat lokala faktorer som kontrollerar bencellerna. Det finns ett stort antal olika tillväxtfaktorer och cytokiner, varav några har stor betydelse vid skelettomsättningen (tabell 3.9). Man har mest varit hänvisad till att arbeta med odlade celler eller vävnadsbitar, eftersom de fysiologiska och anatomiska förhållandena är så komplicerade in vivo och det dessutom förekommer tillväxtfaktorer i nanomolkoncentrationer. Dessa modellsystem är ofta långt ifrån fysiologiska, vilket återspeglas i högst skiftande resultat vad beträffar de olika faktorernas funktioner. Man kan jämföra med att försöka ta reda på hur en maskin fungerar genom att studera dess enskilda delar var för sig. Benvävnad innehåller höga koncentrationer tillväxtfaktorer jämfört med andra vävnader. När benmatrix exponeras – efter trauma eller efter normal benresorption – kan tillväxtfaktorerna diffundera ut lokalt i vävnaden och stimulera befintliga osteoblaster att bilda ben. Samtidigt drar tillväxtfaktorerna till sig omogna celler som börjar dela sig och utvecklas till benceller.
64
DEL_1_009_336.indd 64
2014-06-09 09.11
Bindväv
3
TABELL 3.9. Exempel på faktorer som verkar på brosk/ben. Endokrina faktorer har systemiska effekter medan para- och autokrina faktorer verkar lokalt i vävnaden. (Parakrin effekt: verkar på andra celltyper; autokrin effekt: verkar på samma celltyp.)
Inflammatoriska mediatorer Interleukin-1 (IL-1)
IL-1 antas spela en roll i skelettets normala remodellering genom att stimulera proliferation och mognad av progenitorceller för osteoblaster. IL-1 aktiverar osteoklasterna; dels via osteoblasterna, dels troligen även genom direkt påverkan på osteoklasterna. Dess största betydelse för benresorptionen är vid malignitet liksom vid olika inflammatoriska sjukdomar. IL-1 finns i två varianter, alfa och beta. Det finns även andra typer av interleukiner med mer eller mindre specifika verkningsmekanismer. Interleukiner stimulerar immunsystemet, bland annat kemotaxi; de inducerar och aktiverar eller hämmar andra cytokiner; de spelar slutligen en viktig roll i både de lokala och allmänna inflammationsreaktionerna (chock, feber, akutfasreaktanter m.m.). Interleukinernas aktiviteter medieras delvis av prostaglandiner.
Gamma-interferon
Gamma-interferon har företrädesvis en hämmande effekt på osteoklastbildningen och -funktionen. Det har en antiviral effekt, aktiverar fagocyter, inhiberar tumörtillväxt och aktiverar natural killer(NK-)celler.
Tumörnekrotisk faktor (TNF)
Liknar funktionellt IL-1: stimulerar T-celler, verkar cytotoxiskt på en del tumörceller, stimulerar interleukiner och prostaglandin E2. Sannolikt finns det en rad likartade polypeptider, t.ex. lymfotoxin, som bland annat stimulerar vävnadsnedbrytningen och vars effekter har satts i samband med reaktionerna vid septisk chock och som kan ha betydelse för det nedsatta allmäntillståndet vid cancersjukdomar.
Mesenkymala tillväxtfaktorer Fibroblasttillväxtfaktor (FGF)
Angiogenes, kollagenes. Förekommer i flera varianter. FGF23 bildas i ben särskilt av osteocyter under inverkan av 1,25(OH)2D och av högt Pi i serum. Det stimulerar sannolikt mesenkymala stamceller att differentiera mot osteoblaster och det ökar utsöndringen av Pi i njuren.
Insulinlik tillväxtfaktor (IGFI)
Bildas av fibroblaster och leverceller; utövar sin effekt både endokrint och parakrint. Finns i åtminstone två varianter. IGF-I:s effekter varierar mellan olika species.
Trombocytderiverad tillväxtfaktor (PDGF)
Angiogenes, inväxt av fibroblaster och invandring av neutrofila celler och makrofager.
Transformerande tillväxtfaktor-beta (TGF-beta och BMP)
Angiogenes, tillväxt av bindvävsceller. TGF-beta utövar en stimulerande effekt på osteoblasterna och ökar matrixproduktionen. TGF-beta hämmar matrixdegradationen genom inhibition av osteoklastbildning och osteoklastfunktion. De har troligen även en funktion genom att de inkorporeras i matrix för att frisättas vid resorption och skulle därmed kunna verka som en naturlig återkoppling. Det finns en rad olika typer av transforming growth factors, bland annat flera varianter av BMP (benmorfogena proteiner), vilka bland annat inducerar benbildning. En familj av signalmolekyler, WNT-proteiner, har tillsammans med low-density lipoprotein receptor-relaterat protein 5 en effekt på osteoblasterna som liknar BMP:s.
Tillväxthormon (GH)
Bildas i hypofysens baklob. GH stimulerar tillväxt av epifysbrosket. Såväl anabola som katabola effekter på benmetabolismen.
Långt innan man kunde identifiera tillväxtfaktorerna hade man experimentellt visat att man genom att transplantera urkalkade benbitar till muskelvävnad kunde stimulera lokala celler att bilda nytt ben. Bland annat genom försök utförda med ben i diffusionskammare – där molekyler men inte celler tillåts passera – drog man slutsatsen att det måste finnas ett lågmolekylärt ämne, bundet till benmatrix, som förmedlade denna funktion. Den
amerikanske ortopeden Marshall Urist och medarbetare kallade detta då hypotetiska ämne för benmorfogena proteiner (BMP). I dag vet man att det är en undergrupp till TGF-beta-familjen, och man har bestämt den genetiska sekvensen på ett tjugotal olika typer av BMP. Ortopedens vision är att få tillgång till dessa faktorer för att kliniskt kunna stimulera benbildning, exempelvis i defekter eller pseudartroser. 65
DEL_1_009_336.indd 65
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
På 1970-talet kunde man in vitro visa att extrakt från lymfocyter som aktiverats med antigen stimulerade osteoklaster. Andra försök visade att extrakt från inflammerad ledhinna kunde stimulera kondrocyter till vävnadsnedbrytning. Sedan dess har man identifierat en rad cellreglerande proteiner. Deras effekter på immunförsvar och inflammation är mest utforskade, men cytokinerna har sannolikt även en fundamental roll i den lokala regleringen av bencellerna. Karakteristiskt är att de verkar i låga koncentrationer via specifika receptorer och förändrar cellens mRNA-syntes. I skelettvävnaden förefaller olika interleukiner och TGF-alfa och TGF-beta vara bland de viktigaste faktorerna.
genom att cellerna avläser de piezoelektriska strömmar som uppkommer när hydroxiapatitkristallerna deformeras. Denna hypotes är svår att testa experimentellt, och försök att stimulera benbildning och benläkning med elektriska strömmar har givit motstridiga resultat. En annan teori är att osteocyterna, vilkas utskott infiltrerar benet, skulle kunna registrera töjning, och experimentellt har man kunnat påvisa förändringar i deras metabolism efter belastning. Osteocyterna producerar två peptider som verkar ha parakrina effekter; sklerostin stimulerar benbildningen, medan FGF23 möjligen hämmar differentieringen av mesenkymala stamceller i riktning mot osteoblaster.
Mekaniska faktorer
Patologisk förkalkning
Cellerna känner av den mekaniska belastningen, och effekterna av hög belastning/avlastning är uppenbara. En kraftig och långvarig belastning kan lokalt öka skelettmassan, och en avlastad extremitet förlorar snabbt en stor del av sin massa. Till exempel kan gipsbehandling av en extremitet leda till en snabb förlust på så mycket som 25 % av benmassan – efter normalisering av aktivitetsmönstret återbildas större delen. Inga hormonella eller nutritionella faktorer har en tillnärmelsevis så kraftig effekt på skelettmassan. Vid jämförelse med olika material har ben goda hållfasthetsegenskaper, speciellt om man ser till förhållandet styrka/vikt. Det är intressant att dimensioneringen av skelettdelarna hos olika djurarter tycks stå i ett tämligen konstant förhållande till den naturligt förekommande belastningen. Med implanterade sensorer har man läst av skelettets deformering hos bland annat hästar och hundar. Både in vivo och in vitro fann man att vävnadsskador började uppträda vid cirka 3 gånger den maximala fysiologiska deformeringen och fraktur vid 10 gånger detta värde. Denna snäva säkerhetsmarginal skulle teoretiskt också kunna medföra stor risk för utmattningsbrott. In vivo motverkas emellertid detta utmattningsbrott genom att benet hela tiden bryts ner och nybildas. Det finns olika teorier om hur deformeringen registreras av cellerna. En möjlighet är att det sker
Serum är normalt övermättat vad gäller Ca och P. Den normala vävnaden kan skydda sig mot mineralutfällning, men vid vävnadsskador och olika sjukliga förändringar kan mineral fällas ut i mjukdelarna. Den vanligaste orsaken är trauma och inflammation. Ett exempel är peritendinitis calcarea, där en vanligtvis akut inflammation i och kring en sena följs av utfällning av kalciumfosfater ofta i bursor intill supraspinatussenan [BILD 3.25]. Förloppet är många gånger akut med svåra smärtor. Förkalkningar i mjukdelarna anläggs oftast som amorft kalciumfosfat, men efter hand kan det om-
BILD 3.25.
Förkalkning i supraspinatussenan (pil), kalkaxel.
66
DEL_1_009_336.indd 66
2014-06-09 09.11
Bindväv
3
TABELL 3.10. Orsaker till ektopisk förkalkning/förbening.
Hyperkalcemi
Hyperparatyreoidism Vitamin D-förgiftning Njursvikt Malignitet Sarkoidos
Hyperfosfatemi
Njursvikt Vitamin D-förgiftning Stora vävnadsnekroser Hypoparatyreoidism Pseudohypoparatyreoidism Malignitet
Dystrofisk förkalkning
Kalcinos universell cirkumskript Sklerodermi SLE
Ektopisk förbening
Primär Myositis ossificans progressiva Sekundär brännskador neurologisk skada efter omfattande mjukdels- och skelettskador Kirurgi (höftplastik)
bildas till en rad olika föreningar, däribland hydroxiapatit. Allvarligare är de metastatiska förkalkningar som kan uppkomma vid generella rubbningar i mineralomsättningen, speciellt då de drabbar inre organ (tabell 3.10). Ökade serumkoncentrationer av kalcium och fosfat ökar risken för mineralutfällning. Det finns även förkalkningar associerade med några sällsynta bindvävssjukdomar.
liga efter en del ortopediska operationer, t.ex. höftprotes, där förbeningar i mjukdelarna av någon grad uppkommer i 10–20 % av fallen men sällan ger symtom [BILD 3.27 och BILD 3.28]. Ibland kan dock benbildningen helt växa över leden och ge stelhet.
Patologisk förbening Man får skilja mellan förkalkning och förbening. Det senare innebär bildandet av levande vävnad med bentrabeklar och benmärg. Förbeningar utanför skelettet (heterotop eller ektopisk benbildning) är inte ovanliga efter mjukdels- och skelettskador [BILD 3.26], men de är sällan mer omfattande och ger endast undantagsvis större besvär. Ben bildas ofta över osteosyntesmaterial som exempelvis plattor och utstickande spikar. Förbeningar är också van-
BILD 3.26.
Förbening mellan tibia och fibula (synostos) efter fotledsfraktur.
67
DEL_1_009_336.indd 67
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
BILD 3.27.
Benbildning kring höftprotes.
Upp till 30 % av alla patienter med förlamning efter ryggmärgsskada får heterotop benbildning. Predisponerande faktorer är långvarig immobilisering, ödem och trauma. Benbildningen sitter nästan alltid kring stora leder, höft, armbåge och axel, och den sker ofta i muskler, senor och senfästen. Förändringarna uppkommer under de första månaderna efter skadan och kan ge rörelseinskränkning/ kontrakturer som försvårar rehabiliteringen. Benbildning i mjukdelarna efter trauma har sedan gammalt kallats för myositis ossificans. Namnet kommer av att benbildningen ofta sker i muskulaturen och att processen är förenad med smärta, värmeökning och svullnad – de klassiska inflam-
mationstecknen. Patologiskt-anatomiskt sker det en invandring av celler som prolifererar och differentierar till brosk- och benceller i och mellan muskelfibrerna. Mycket tidigt i förloppet kan man förhindra benbildningen genom att ge NSAID. Strålbehandling har också god profylaktisk effekt. Lokaliserad benbildning utanför skelettet kan sålunda uppkomma efter trauma, förlamningar, kroniska infektioner och brännskador. Orsaken är okänd, men troligen handlar det om en kombination av lokal vävnadsskada och individuell predisposition. Tillståndet är inte ovanligt hos växande individer, särskilt vid trauma mot armbåge eller höft. Fibrodysplasia ossificans progressiva (FOP), en mycket sällsynt, autosomalt dominant sjukdom, orsakas oftast av nya mutationer. Sjukdomen kännetecknas av fortskridande mjukdelsförbeningar och diverse stortåmissbildningar [BILD 3.29]. I Sverige finns det ett ensiffrigt antal patienter. De dör vanligen av respiratorisk insufficiens i tidig vuxen ålder. Mekanismerna bakom stimuleringen av en excessiv benbildning är intressanta; skulle man kunna omsätta denna i klinisk praxis skulle den revolutionera frakturprofylax och -behandling. Kunde man kontrollerat stimulera benbildning lokalt skulle en stor del av ortopedins problem vara lösta. Man bör i görligaste mån undvika faktorer som kan utlösa förbening som trauma och kirurgiska operation.
BILD 3.28. Heterotop benbildning efter variserande femurosteotomi bilateralt (se pilar).
68
DEL_1_009_336.indd 68
2014-06-09 09.11
Bindväv
A
3
B
C BILD 3.29. Fibrodysplasia ossificans progressiva är en excessiv benbildning som beror på en mutation som gör att receptorn till BMP4 (benmorfogenea proteiner) ständigt är påslagen och därmed driver benbildning. Patienten får utbredda förbeningar i skelettmusklerna (A, B). Stortåmissbildningar är karakteristiska (C, D) och beror på att kroppen ofta använder en gen för flera olika funktioner. D
69
DEL_1_009_336.indd 69
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
Muskler Alla celler kan röra sig, vilket beror på att de innehåller proteiner som har förmåga till kontraktion. De viktigaste kontraktila proteinerna är aktin och myosin som återfinns i hela djurserien från amöbor till däggdjur. Hos högre djur bildar de kontraktila elementen speciella enheter, muskler. Skelettmusklerna utgör nästan hälften av kroppsvikten och svarar också för motsvarande del av energiomsättningen. En typisk skelettmuskel består av en muskelbuk med fäste och ursprung på ömse sidor om en eller flera leder. De enskilda muskelfibrerna omges av ett yttre hölje, sarkolemmat. Flera fibrer är organiserade i buntar, fasciklar, som i sin tur är omgivna av tät bindväv (perimysium). Runt hela muskeln finns en fasciestruktur kallad epimysium. Kollagenfibrerna i perimysium och epimysium har direkt kontakt med senans kollagenfibrer. Skelettmuskeln är sålunda uppbyggd av fibrer, och beroende på de lokala anatomiska förutsättningarna och de funktionella kraven varierar fibrernas organisation. Fibrer anordnade i vinkel mot rörelseriktningen ger större fysiologisk tvärsnittsyta och således större kraft men i gengäld mindre rörelseomfång. Män har normalt högre absolut muskelstyrka än kvinnor, exempelvis är styrkan i övre extremiteten cirka 1,7 gånger högre hos män. Räknar man styrkan relativt musklernas tvärsnittsyta föreligger det däremot inte någon könsskillnad. Muskelfibern består av många sammansmälta muskelceller (syncytium) med upp till flera hundra kärnor. Fibern, som är cirka 1–3 μm i diameter och 1–2 cm lång, byggs i sin tur upp av sarkomerer, vilka kan sägas vara de funktionella enheterna i muskeln [BILD 3.30 och 3.31]. De grövre filamenten (myosin) och de tunnare filamenten (aktin) överlappar delvis. Det finns ytterligare proteiner som sitter på aktinfilamentens yta, exempelvis troponin, som är involverade i kontraktionsprocessen. Vid en nervimpuls förändras membranet i det sarkoplasmatiska retiklet så att Ca2+ strömmar in i myofibrillen. Ca2+ binds till bland annat troponin, vilket förändrar bindningarna mellan aktin och myosin, så
att aktin- och myosintrådarna förskjuts och sarkomeren förkortas. Mekanismen vid kontraktion kan liknas vid en man som halar in ett rep för hand. Alla tvärbryggor ”halar” inte in på en gång, utan cirka hälften håller kvar och hälften drar. Metabolism
Den omedelbara energikällan är adenosintrifosfat (ATP) som omvandlas till adenosindifosfat (ADP) under avgivande av energi [BILD 3.31]. Nästan momentant återbildas ADP till ATP genom en reaktion med kreatinfosfat, en annan energirik fosfatförening. Denna hydrolytiska klyvning av ATP frisätter energi som används för det mekaniska arbetet vid kontraktion, men energi krävs också för muskelavslappning. Andra viktiga energikällor är glykogen, cirkulerande glukos och fria fettsyror från kroppens fettdepåer. ATP-produktionen kan ske utan tillgång till syre (anaerobt) eller med tillgång till syre (aerobt). Endast en begränsad mängd energi finns lagrad i muskeln, direkt tillgänglig för muskelsammandragningen. ATP-reserverna är små och kreatinfosfat fungerar som en reserv som kan fylla på ATP-förrådet. Tillsammans kan de endast bidra med energi motsvarande 20 kJ eller för högst 10 sekunders maximalt arbete. De flesta sprinterlöpare kan därför inte bibehålla maximal fart under ett 100-meterslopp, utan farten avtar efter 50–70 meter då muskelns energiförråd av ATP och CP börjar tömmas. Energin börjar då att levereras genom glykogenolys – en betydligt långsammare process. Vid glykogenolysen, anaerob nedbrytning av glykogen till mjölksyra (laktat), frigörs betydligt mer energi (200 kJ). Denna process kan vid maximalt arbete teoretiskt endast bidra med energi för arbete motsvarande cirka 60 sekunder. Under ett 400-meterslopp bryts till en början ATP och CP ner samtidigt som glykogenolysen aktiveras. Kreatinfosfat är relativt sett det viktigaste bränslet under sprinterns första 200 meter. Därefter kommer den anaeroba glykogennedbrytningen till mjölksyra att vara den viktigaste energikällan. Först under den sista delen av 400-metersloppet kan CP-förråden vara uttömda, och då finns risk för att ATP-koncentrationen sjunker, varvid muskeltrötthet inträder.
70
DEL_1_009_336.indd 70
2014-06-09 09.11
Bindväv
3
BILD 3.30. Muskelfibrill i icke-kontraherat (till vänster, I) och kontraherat tillstånd (till höger, II). Muskelfibriller är uppbyggda av ett flertal celler som fusionerat. Fibrillen är omgiven av ett cellmembran och i fibrillen finns ett nätverk, sarkoplasmatiskt retikel. Bilden visar de intracellulära kontraktila elementen som består av aktin-/myosinkomplex och som är karakteristiska för tvärstrimmiga muskler. Det yttre cellmembranet och cellorganellerna är inte med på teckningen. Beroende på koncentrationen Ca2+ kan komplexen anta olika former, relaxerade (I ) eller kontraherade (II). Jonkoncentrationen står under nervös kontroll. Vid en nervimpuls ändras kanalsystemets genomsläpplighet för Ca2+ som strömmar från kanalerna och orsakar sammandragning. I ljusmikroskopet framträder myofibrillernas karakteristiska tvärstrimmighet och man kan särskilja olika band. Den kontraktila enheten kallas sarkomer, den del av en fibrill som sträcker sig mellan två Z-band. Varje sida av ett Z-band omges av ett ljusare I-band, där bara de tunnare aktintrådarna är exponerade. I mitten av en sarkomer finns mörkare partier, A-band, där både aktin och myosin överlappar varandra. I mitten av A-banden finns ett H-band där det enbart finns myosin. Vid kontraktion glider aktinfilamenten över myosinfragmenten så att H-zonen försvinner. 1 Myofibrill 2 Sarkoplasmatiskt retikel 3 Terminal cistern 4 T-tubulus (inbuktningar av cellmembranet) 5 Cellmembran
Ju längre CP-förrådet räcker, desto längre kan en 400-meterslöpare hålla tempot. När den lagrade energin tar slut, finns två andra energikällor: den ena är en anaerob nedbrytning av glykogen, som är den huvudsakliga energikällan vid kraftig aktivitet som räcker cirka en minut; den andra är nybildning av ATP genom oxidativ fosforylering, vilket sker vid arbete som sträcker sig över längre tid. Under måttlig aktivitet är ofta den lokala syreförsörjningen tillräcklig för att tillåta en
aerob energiförsörjning. Den är mer effektiv än den anaeroba, vilken träder in vid långvarigt och tungt muskelarbete. Den anaeroba metabolismen resulterar i en ansamling av laktat och andra metaboliter som bland annat ger muskeltrötthet. Irisin. Muskelarbete har ju en sedan länge känd
välgörande effekt vid diabetes och övervikt. Orsaken till detta är ofullständigt känd, men under senare år har muskulaturen liksom benet visat sig ha 71
DEL_1_009_336.indd 71
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
en endokrin roll. I samband med hårt muskelarbete frisätts hormonet irisin. Det stimulerar omvandlingen av vitt fett till brunt fett som är mer metabolt tillgängligt. Hos försöksdjur bidrar det till förbättrad insulinkänslighet och viktnedgång. Irisin tycks alltså potentiera effekten av muskelarbete på organismen och kan få betydelse i behandlingen av fetma och störd glukosmetabolism, dvs. tillstånd som man vet förbättras av fysisk träning. Fibertyper
Musklerna innehåller två fibertyper [BILD 3.31]: Andelen I- och II-fibrer är huvudsakligen genetiskt betingad. Fiberfördelningen kan också variera inom en och samma muskel. Typ I-fibern, röd eller långsam muskelfiber, arbetar
huvudsakligen aerobt, utvecklar låg kraft men är uthållig. Typ I-fibrer saknas vid födelsen men utvecklas under nervsystemets mognad i och med att man använder muskelfibrerna. Hos vuxna finner man en blandning av fibrer. Huvudsakligen statiskt arbetande muskler, som m. soleus, innehåller 80 % typ I-fibrer.
Typ II-fibern, vit eller snabb muskelfiber, arbetar
huvudsakligen anaerobt via en nedbrytning av glykogen till mjölksyra. Typ II-fibrer är större och innehåller rikligt med aktin och myosin. Det finns flera undergrupper, bland annat typ IIa- och IIbfibrer. Typ IIa karakteriseras av hög styrka och uthållighet. Typ IIb-cellen producerar hög kraft men saknar uthållighet (tabell 3.11). Det finns undergrupper av typ II-fibrer som skiljer sig åt, bland annat genom att de innehåller olika typer av myosin. Proportionen mellan de olika fibertyperna varierar också mellan individer; det är således till stor del genetiskt betingat om man får framgång som maratonlöpare eller sprinter. Vid fysisk träning kan man i viss mån förändra det metabola mönstret så att en större andel av energin tas från oxidering av fettsyror, vilket kan förbättra kapaciteten. Man kan se detta bland annat som en ökad mängd mitokondrier och en ökad mängd oxidativa enzymer [BILD 3.31]. Typ II-fibrernas funktionella kapacitet ökas genom träning inriktad på nära maximal belastning, helst excentriska kontraktioner med längre intervall (tabell 3.12). Det uppkommer då hypertrofi: muskelfibrillernas volym ökar genom tillkomsten av fler sarkomerer. Innervation
BILD 3.31. Ljusmikroskopisk bild av tvärsnitt genom
skelettmuskel (färgning för myofibrillärt ATPas efter preinkubation vid pH 4,55). Typ I-fibrerna framträder mörka, typ IIa ofärgade och typ IIb grå.
Varje muskelfiber innerveras av ett alfa-motorneuron, men beroende på muskelns funktion kan en nervcell försörja ett varierande antal muskelfibrer – alltifrån ett halvt dussin i de delikata ögonmusklerna till flera tusen i stora muskler som gastrocnemius. Muskelkontraktionerna är en summationseffekt beroende av hur många fibrer som aktiveras, och den kraft som utvecklas beror även på muskelns längd och uttänjning. Den viljemässiga muskelaktiviteten förmedlas av alfa-motorneuron. Cellen, som ligger i ryggmärgens framhorn, bildar ett långt utskott, axonet. Flera axoner från flera olika typer av nervceller går samman och bildar de perifera nerverna. Nervcellerna är unika; ingen annan cell kan bilda så stora komplexa enheter [BILD 3.31]. Nervcellen kan ha 100 000 tillförande ledningar, och hos människan kan dess avförande axon nå en längd på en
72
DEL_1_009_336.indd 72
2014-06-09 09.11
Bindväv
TABELL 3.11. Karakteristika för olika muskelfibertyper. TYP I — M-FIBRER
Aerob metabolism Stor mängd oxidativa enzymer Liten mängd glykolytiska enzymer Stor mitokondrievolym Hög kapillärtäthet Låg kraftutveckling Långsam kontraktion Resistenta mot utmattning TYP IIA-FIBRER
Både aerob och anaerob metabolism Relativt stor mängd oxidativa enzymer Relativt stor mängd glykolytiska enzymer Intermediär kraftutveckling Snabb kontraktion Resistenta mot utmattning TYP IIB-FIBRER
Hög kapacitet för anaerob metabolism Liten mängd oxidativa enzymer Stor mängd glykolytiska enzymer
3
da märgen korsar 80 % över och bildar de laterala kortikospinala banorna, medan 20 % går okorsade i de främre kortikospinala banorna. Normalt beordrar man inte sina neuron att aktivera en enskild muskel, utan man aktiverar mönster av rörelser, vari det ingår aktivering av ett stort antal muskelgrupper för att exempelvis stabilisera intilliggande leder. Störningar i denna komplexa mekanism förekommer vid både perifera och centrala nervskador. När aktionspotenialen i alfa-motorneuronet når muskelfiberns cellmembran utlöses en depolarisering i det sarkoplasmatiska retiklet, som blir permeabelt för kalciumjoner vilket utlöser kontraktionen. Kalciumjonen har en nyckelfunktion när kontraktionerna slås på och stängs av. Muskelkontraktion utlöses när kalciumjoner blir tillgängliga och upphör när kalcium avlägsnas. När muskeln befinner sig i vila är sarkoplasmat runt myofibrillerna nästan fritt från kalciumjoner, som nu har lagrats upp i det sarkoplasmatiska retiklet.
Låg kapillärtäthet Låg mitokondrievolym Hög kraftutveckling Kort kontraktionstid Lågresistenta mot utmattning
TABELL 3.12. Muskelarbete.
Isometriskt
Muskelns längd hålls konstant under kontraktionen; statiskt arbete
Isotont
Belastningen är konstant under rörelsen
Isokinetiskt
Muskeln kontraheras under det att leden rör sig med konstant hastighet genom hela rörelsen
Koncentriskt
Muskeln förkortas under kontraktionen
Excentriskt
Muskeln förlängs under kontraktionen (genom en yttre kraft)
meter. Den enskilda nervcellen reagerar digitalt som en datorkrets – antingen fyrar den av en impuls eller så förblir den tyst. Om den ska reagera eller inte beror på en summationseffekt av alla de tillförande trådarna från andra nervceller, från hjärnbark, lillhjärna, hjärnstam och även av reflexer på ryggmärgsnivå. Från hjärnbarkens gyrus precentralis kommer pyramidbanorna som via capsula interna går ner i hjärnstammen. Vid nedre delen av förläng-
Neuromuskulär styrning Passiva faktorer. Eftergivligheten i ett muskel–sen-
komplex är proportionell till förhållandet mellan muskel och sena. Hög elasticitet karakteriserar exempelvis. m. sartorius, som utgörs av muskelvävnad i hela sin längd. M. gastrocnemius med en stor senkomponent har betydligt mindre elasticitet. Detta kan förklara varför senorna skadas oftare än de mera eftergivliga musklerna. Om belastningen på en sena står kvar oförändrad förlängs senan. Snabb belastning på en fibrös vävnad medför, å andra sidan, ökad styvhet. Mer kraft behövs då för att uppnå samma förlängning som är möjlig vid långsam uttöjning av en sena. Aktiva faktorer. Muskler och senor skyddas mot
övertänjning genom flera typer av mekanoreceptorer – muskelspolar, senspolar och receptorer i ligament, korsband och muskler – som är involverade i reflexer som patellarreflexen, som är ett slags servostyrning. Det finns två typer av muskelfibrer: intrafusala och extrafusala. De extrafusala (egentliga) muskelfibrerna innerveras av alfa-motorneuron. De intra73
DEL_1_009_336.indd 73
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
fusala fibrerna är en del av muskelspolen, muskelns sensoriska proprioceptiva organ, som reagerar på förändrad muskellängd och som också ger information om hastigheten av en muskels förkortning och förlängning [BILD 3.32]. De intrafusala muskelfibrerna innerveras av gamma-motorneuron från ryggmärgens framhorn. Från muskelspolen går inåtledande signaler till ryggmärgen via muskelspoleafferenter. Gamma-aktiviteten ansvarar för kroppens upprätthållande av muskeltonus och ökar vid smärta, nervositet och oro. Muskelspolarna är parallellkopplade med de extrafusala muskelfibrerna och finns utspridda i hela muskeln. Om muskelfibern töjs kommer även muskelspolen att töjas. Om muskeln däremot töjs för mycket uppkommer ett ökat impulsflöde i de
A
B
BILD 3.32. Schematisk bild av en muskelspole (A). De
små intrafusala muskelfibrerna är av två slag, kärnsäcksfibrer (KSF) och kärnkedjefibrer (KKF). De utgör muskelspolens egentliga mätorgan. De primära muskelspoleafferenterna (Ia) står i förbindelse med både KSF och KKF, medan de sekundära muskelspoleafferenterna (II) hämtar all sin information från KKF. Aktiviteten i de sekundära muskelspoleafferenterna (II) informerar gamma-cellerna om förändringar i de extrafusala fibrernas längd. Statiska och dynamiska gamma-motorneuron (γS och γD) reglerar spolarnas statiska och dynamiska känslighet. De primära muskelspoleafferenterna (Ia) förmedlar information om de pågående längdförändringarnas hastighet till alfamotorneuron och en sträckreflex kan utlösas.
primära muskelspoleafferenterna, som går till alfamotorneuronen och utlöser en muskelkontraktion – den monosynaptiska sträckreflexen, exempelvis patellarreflexen [BILD 3.33]. Förkortning minskar tensionen i de parallellkopplade intrafusala fibrerna. Om en muskel sträcks snabbt blir den resulterande kontraktionen kraftigare än om muskeln sträcks långsamt. Sträckreflexen är därför en skyddsmekanism för att reglera muskeltonus. Senspolarna (Golgis senorgan) är lokaliserade nära övergången mellan muskel och sena. Retningströskeln för senspolen är betydligt högre än för muskelspolen, det krävs en kraftigare sträckning av senan innan senspolen signalerar. Vid hög spänning i muskel–sena utlöses impulser i senspoleafferenterna, som hämmar alfa-motorneuronen. Senspolarna är sålunda känsliga för tension orsakad av kraftig aktiv kontraktion och relaxerar den aktiva muskeln, agonisten. Avslappning av muskeln kallas omvänd sträckreflex och mekanismen kallas egenhämning [BILD 3.34]. Den omvända sträckreflexen har en högre retningströskel än sträckreflexen. Detta märker man när man håller en muskeltöjning (stretching) en längre tid. I början känns ett kraftigt motstånd, men sedan släpper motståndet och ytterligare töjning blir möjlig. Proprioception och koordination Kunskap om proprioception och koordination är viktig vid behandling av muskuloskeletala skador. Proprioception är en beteckning för positions- och rörelsesinnet: att utan synens hjälp medvetet registrera position och rörelse. Proprioception förmedlas via mekanoreceptorer i leder, muskler, senor och hud, och denna sensoriska information är nödvändig för den normala funktionen. Exempelvis i knäleden har korsbanden, kollateralligamenten och ledkapseln en betydande sensorisk funktion. Patienter med främre korsbandsruptur förlorar den normala proprioceptiva återkopplingen, vilket förändrar hamstrings- och gastrocnemiusmotoriken. Liknande proprioceptiva defekter har man också sett efter ledbandsskador i fotleden. Mekaniskt instabila fotleder visar ökad reaktionstid i peroneusmuskulaturen.
74
DEL_1_009_336.indd 74
2014-06-09 09.11
Bindväv
Ia Muskelspole
3
BILD 3.33. Sträckreflexen. Om en muskel töjs snabbt och kraftigt uppkommer ett ökat impulsflöde vid de primära muskelspoleafferenterna (Ia), vilka exciterar alfa-motorneuronen och utlöser en muskelkontraktion. Reflexen är monosynaptisk. En sekundär muskelspoleafferent (II) går till ett gamma-motorneuron och kan påverka muskelspolens känslighet för plötslig sträckning.
α γ
II
Basala neurofysiologiska mekanismer. Rörelser re-
gleras genom ett samspel mellan sinnesorganen, ryggmärgens nätverk av nervceller och hjärnans högre motoriska centra, där rörelserna initieras och grovplaneras. De nedåtgående bansystemen kontrollerar de segmentella delarna av den motoriska apparaten, bland annat genom att aktivera eller hämma reflexnätverken. Huvuddelen av de
BILD 3.34. Omvända sträckreflexen (autogen inhibition).
Vid kraftig uttöjning av senan reagerar Golgis senorgan och sänder impulser i senspoleafferenterna (Ib) till ryggmärgen, där ett inhibitoriskt interneuron exciteras. Detta interneuron inhiberar alfa-motorneuronet med åtföljande relaxation av muskeln.
nedåtgående banorna går inte till motorneuron utan till andra neuron, interneuron, som i sin tur kan påverka de spinala reflexbågarna. Proprioceptorerna förmedlar information om rörelsernas utformning, dels till de olika spinala reflexnätverken, dels till uppåtgående system till högre centra. Ryggmärgsreflexerna klarar en viss del av motoriken utan de överordnade centras medverkan. Kroppens rörelser finns till stor del inprogrammerade i komplicerade nätverk av alternativa reflexer som går från sinnesorganen i hud, leder och muskler till de olika typerna av motorneuron. I muskelspolarna uppdateras informationen om den aktuella muskelfiberlängden. De primära muskelspoleafferenterna för därefter den samlade sensoriska informationen till alfa-motorneuronet som slutligen ombesörjer det motoriska svaret. Den stora mängd information som krävs för en reflexogen finjustering av motoriken silas sålunda genom och integreras i muskelspolesystemet, ett komplicerat nätverk där cellerna innerverar ett flertal spolar och där varje individuell spole kan styras av många olika nervceller. Det är bakgrunden till den finstämda 75
DEL_1_009_336.indd 75
2014-06-09 09.11
3
Del 1. Allmän ortopedi
koordinationen mellan olika muskler men även till den nödvändiga samordningen mellan muskelfiberbuntarna i en enskild muskel. Ledreceptorer och koordination. Leder är utrustade
med sensorer för position, rörelseriktning, hastighet, acceleration och deceleration samt smärtstimuli. Mekanoreceptorerna i korsband, kollateralligament och ledkapsel kontrollerar den funktionella ledstabiliteten via reflexeffekter på muskelspolesystemet och justerar kontinuerligt muskeltonus och koordination. Genom denna reflexverkan på spolafferenterna förser receptorerna centrala nervsystemet med information om rörelser och positioner [BILD 3.35]. Muskelstyvhet (muskeltonus), förhållandet mellan kraftförändring och längdförändring, betingas av reflexmedierad styvhet och inre muskelstyvhet. Den reflexmedierade styvheten beror på retbarheten i motorneuronpoolen, den inre styvheten på muskelns viskoelastiska egenskaper och kontraktionsgraden. Vid ledbandsskada störs den sensoriska återkopplingen från leden, och det existerande motoriska programmet måste därför programmeras om, vilket kan ske genom koordinationsträning. Rehabiliteringsprogram vid ledbandsskador har traditionellt fokuserats på styrka. Men koordi-
Sidoligament och korsband Mekaniska egenskaper
Sensoriska egenskaper
Skador
? alfa-motorneuron
gamma-muskelspolesystemet
Kontroll av muskeltonus och koordination
Ledstabilitet
nationsträning förbättrar ledfunktionen genom omprogrammering av den neuromuskulära regleringen av muskelstyvhet och muskelkoordination. Återkopplingen från leder och muskler är nödvändig för den normala funktionen; vid snabba rörelser behöver de motoriska programmen fortlöpande information om extremitetens läge. Motorisk skicklighet kan sägas vara optimal användning av förprogrammerade rörelser. För att återfå den posturala kontrollen efter en skada måste patienten lära in nya program för att kunna kompensera för instabilitet och förändringar i reflexsensitiviteten men också för förlusten av muskelstyrka och de ändrade belastningsförhållandena. Den afferenta sensoriska kontrollen kommer nu från mekanoreceptorerna i de oskadade delarna av lederna – det tar veckor till månader. Vid exempelvis fotledsinstabilitet förbättrar träning på balansplatta den posturala kontrollen och ökar den funktionella stabiliteten samt minskar risken för recidiv. Konceptet att det finns ett överskott av hjärnkraft är en sanning med modifikation. Hjärnan är hela tiden upptagen med att beräkna hastigheter, avstånd och vinklar. Med åldrandet minskar antalet muskelfibrer, men bortfallet av nerver är ännu större, varför de kvarvarande motoriska enheterna får försörja ett allt större antal muskelfibrer. Man har visat att systematisk fysisk träning kan ge resultat även hos äldre. De positiva effekterna orsakas till stor del av förbättrad koordination och effektivare innervering.
Rörelse- och positionssinne
BILD 3.35. Sidoligament och korsband ger mekanisk
ledstabilitet men de har också en viktig sensorisk roll. Mekanoreceptorerna i ligamenten påverkar via gammamuskelspolesystemet rörelse- och positionssinnet men kontrollerar också via alfa-motorneuron muskeltonus och koordination.
Träningsvärk uppkommer vanligen 12–48 timmar efter kraftigt muskelarbete. Histologiskt kan man finna lättare skador på muskelfibrillerna och inflammation, framför allt vid övergångar mellan muskel och fibrös vävnad. Vid en muskelruptur uppkommer ofta en större eller mindre defekt. Efter en skada kan det gå att suturera muskler om det i anslutning till skadan finns en fibrös komponent som en fascia eller en sena. Denna måste vara tillräckligt stark för att hålla suturerna. Enbart muskelvävnad går inte att sy. Den kvarvarande funktionen beror sålunda i stor utsträckning på den lokala anatomin, tvärsnittsarean och de kvarvarande
76
DEL_1_009_336.indd 76
2014-06-09 09.11
Bindväv
musklernas förmåga att kontrahera sig. Större rupturer läker därför ofta med förlängning. Ibland bildas fibrösa ärr i omgivningen vilka kan leda till rörelseinskränkning. Kvarvarande muskelfibriller och agonistiska muskler kan dock ofta kompensera för funktionsbortfall. Vid trubbigt våld kan det uppstå kontusioner, skador utan avbrott i muskelns anatomiska kontinuitet. Det sker initialt en kraftig inflammation, där de döda fibrillerna fagocyteras och ersätts med bindväv. Immobilisering resulterar i hypotrofi, en minskning av muskelns volym. Ofta sker immobiliseringen efter skador, och muskler som läker i förkortat läge löper ökad risk för en ny ruptur. Även immobilisering till följd av smärta som varar under längre tid kan ge substansförlust av muskulaturen. Ett specialfall av muskelskada är kompartmentsyndrom. Ischemi i förening med ökat tryck är en speciellt ogynnsam kombination. När vävnadstrycket i muskeln överstiger det vaskulära perfusionstrycket med 40 mm Hg (30 i skadad vävnad) kan den basala metabola aktiviteten inte upprätthållas. Muskelfunktion
En muskel kan arbeta statiskt eller dynamiskt. Vid en isometrisk, statisk, kontraktion syns inget yttre arbete, ingen rörelse i angränsande leder, utan förkortningen av de kontraktila elementen tas ut genom förlängning av de elastiska elementen i senan [BILD 3.36]. Vid isometrisk träning är träningseffekten positionsberoende: all träningseffekt uppnås i just den position som den isometriska träningen utförs. Vid
3
PEK
SEK KK
BILD 3.36. Muskel—senkomplexet innehåller elastiska komponenter som kan töjas och därvid lagra energi. Den parallella elastiska komponenten (PEK) utgörs av bindväven som omger muskelfibrerna (epimysium, perimysium) och sarkolemmat. Den serieelastiska komponenten (SEK) utgörs av senan. Myosintvärbryggorna kan också möjligen töjas något (skuggat område). Parallellkoppling innebär att enheten är kopplad parallellt med de kontraktila komponenterna (KK).
träning kan övningarna upprepas olika antal gånger (repetitioner) – ett set av en viss övning består av ett antal repetitioner i följd. Vid isometrisk träning ger maximala kontraktioner det bästa resultatet, men antalet kontraktioner och deras duration per träningstillfälle bidrar också. Kontraktionernas duration är vanligen 5–10 sekunder. Antalet kontraktioner kan variera mellan 10 och 30 per set. Man utför vanligen 3–5 set. Om man gör många upprepningar ger även submaximala kontraktioner effekt. Med dynamiskt arbete menas att muskeln arbetar under samtidig förändring av sin längd. Koncentriskt muskelarbete innebär att muskelns ursprung och fäste närmar sig varandra, muskeln förkortas. Excentriskt muskelarbete innebär att muskeln försöker bromsa en rörelse men att muskeln förlängs under kontraktionen [BILD 3.37]. Vid exem-
BILD 3.37. Bilden visar dynamisk
koncentrisk (A) och excentrisk (B) muskelkontraktion av m. quadriceps. Vid excentrisk muskelkontraktion bromsar muskeln en rörelse samtidigt som den töjs. Muskeln utvecklar hög kraft — det känns ”lättare” att långsamt sänka vikten än att lyfta den. A
B
77
DEL_1_009_336.indd 77
2014-06-09 09.11
Ortopedi är främst avsedd för grund- och specialistutbildningen av läkare, ortopeder, allmänläkare, allmänkirurger, idrottsläkare och barnläkare, men är även användbar för fysioterapeuter och annan sjukvårdspersonal som möter patienter med ortopediska besvär. Bokens huvudförfattare, professorerna Urban Lindgren och Olle Svensson är verksamma vid Karolinska Institutet, Stockholm respektive Norrlands universitetssjukhus, Umeå. Till sin hjälp har de haft specialister i bland annat ryggortopedi, idrottsmedicin och radiologi.
Ortopedi 4:e upplagan
Ortopedi är en etablerad lärobok som pedagogiskt beskriver och förklarar skador, sjukdomstillstånd, läkningsstörningar och missbildningar hos barn, vuxna och äldre. Tyngdpunkten ligger på diagnostik och behandling vilket gör boken mycket användbar som praktisk handledning. Boken är mycket rikt illustrerad och innehåller dessutom ett omfattande kliniskt bildmaterial.
4 Orto.
Ortopedi Urban Lindgren, Olle Svensson 4:e upplagan
Under senare år har behandlingen av sjukdomar och skador i rörelseapparaten fortsatt att utvecklas i snabb takt. Ny metodik, bättre operationsinstrument och en enorm utveckling inom radiologi och farmakologi har givit möjligheter till effektivare behandling.
Best.nr 47-10539-7 Tryck.nr 47-10539-7
4710539ot.indd Alla sidor
2014-06-05 12.22